JP2008500074A - Method and apparatus for decoupling and / or desynchronizing brain neuronal activity - Google Patents

Method and apparatus for decoupling and / or desynchronizing brain neuronal activity Download PDF

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Abstract

本発明は、脳の異常に同期する活動をデカップリング及び/又は非同期にする装置に関する。この装置では、本発明により、脳領域の一部の領域又は機能的に関連する脳領域内の活動が、電極によって刺激される。その結果、異常な領域の影響されたニューロン群が、デカップリングされ非同期にれて、患者の症状が抑制される。装置の別の実施形では、病気に起因した異常に同期する脳の活動が、非同期にされて、症状を抑制する。その結果、フィードバック刺激信号、すなわち測定され時間遅延され処理されたニューロン活動が使用される。この場合、刺激信号が、必要に応じて自律制御方法で本発明にしたがって制御される。その結果、デカップリングすべきニューロン群又は非同期にすべきニューロン群に対して結果として生じる刺激の影響の強度が、問題のないデカップリング及び/又は非同期の後に自動的に最小になる。問題なく操作するため、装置は、複雑な校正も刺激パラメータの制御も不要であるものの、これらは、追加の制御システムによって好適に適合され最適にされる。刺激電極(2)及び少なくとも1つのセンサ(3)が、それらの局所の周囲内でデカップリング及び/又は非同期を作るように、装置は、制御システムによって作動される刺激電極(2)及び少なくとも1つのセンサ(3)を有する。  The present invention relates to a device that decouples and / or desynchronizes activity synchronized to brain abnormalities. In this device, according to the invention, activity in a partial region of the brain region or in a functionally related brain region is stimulated by the electrodes. As a result, the affected neurons in the abnormal area are decoupled and desynchronized, and the patient's symptoms are suppressed. In another implementation of the device, brain activity that synchronizes with anomalies due to disease is made asynchronous to suppress symptoms. As a result, a feedback stimulus signal, ie, measured, time delayed and processed neuronal activity is used. In this case, the stimulation signal is controlled according to the present invention in an autonomous control manner as required. As a result, the intensity of the resulting stimulus effect on the group of neurons to be decoupled or the group of neurons to be desynchronized is automatically minimized after a successful decoupling and / or desynchronization. In order to operate without problems, the device does not require complex calibration or control of stimulation parameters, but these are preferably adapted and optimized by additional control systems. The device is operated by a control system so that the stimulation electrode (2) and at least one sensor (3) are decoupled and / or asynchronous in their local surroundings. It has two sensors (3).

Description

本発明は、請求項1の上位概念に記載の脳のニューロン活動をデカップリング及び/又は非同期にする方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and device for decoupling and / or asynchronizing brain neuronal activity according to the superordinate concept of claim 1.

例えば基底神経節内にその発生を有する脳の異常な同期活動が、例えば運動野のような後続する領域内に同期を活動力として引き起こしうる。この二次同期は、異常な症状の発生にかなり関与している。本発明は、活動している異常な活動を後続する領域から取り除くことを可能にする装置に関する。これによって、異常な症状が低減され得る。別の実施形では、本発明の装置は、異常に同期する神経細胞群のニューロンの非同期、すなわち律動的な集団活動又は発火に対しても使用され得る。神経細胞群は、活動群と呼ばれる。   For example, an abnormal synchronization activity of the brain with its occurrence in the basal ganglia can cause synchronization as an activity in subsequent areas such as the motor cortex. This secondary synchronization is significantly involved in the development of abnormal symptoms. The present invention relates to an apparatus that makes it possible to remove active abnormal activity from a subsequent area. This can reduce abnormal symptoms. In another embodiment, the device of the present invention can also be used for asynchronous, i.e. rhythmic collective activity or firing of neurons in an abnormally synchronized group of neurons. A group of nerve cells is called an activity group.

例えば、パーキンソン病,本態性震顫,失調症又は強迫神経症のような神経学的な病気又は精神医学的な病気を持っている患者では、脳、例えば視床又は基底神経節の特定の領域内の神経細胞群が、異常に活動する、例えば過同期性である。この場合、多数のニューロンが、同期してアクションポテンシャルを発生する;関与するニューロンが過度に同期して発火する。回復しつつある患者の場合、これらの脳領域内のニューロンが、特性的に異なって、例えば無関係に発火する。この異常に同期する脳の活動は、別の脳領域内、例えば一次運動野のような大脳皮質内のニューロン活動を変化させる。この場合、視床及び基底神経節の異常に同期する活動が、大脳皮質領域をそのリズムに強制的に合わせる。その結果、これらの領域によって制御された筋肉が、異常な活動、例えば律動的な振戦(tremor)を最終的に起こす。   For example, in patients with neurological or psychiatric illnesses such as Parkinson's disease, essential tremor, ataxia or obsessive-compulsive disorder, in the brain, such as certain areas of the thalamus or basal ganglia A neuron group is abnormally active, for example, is oversynchronized. In this case, a large number of neurons generate action potentials synchronously; the involved neurons fire excessively synchronously. In a recovering patient, neurons in these brain regions are characteristically different, eg, fire independently. This brain activity synchronized with the abnormality changes the neuronal activity in another brain region, for example, in the cerebral cortex like the primary motor cortex. In this case, activity synchronized with thalamic and basal ganglion abnormalities forces the cerebral cortex to align with its rhythm. As a result, the muscles controlled by these regions eventually cause abnormal activity, such as rhythmic tremor.

医薬によって(もはや)治療できない患者では、病状に応じて及び病気が一側性に起こるのか又は両側性に起こるのかどうかがに応じて、デプス電極が、一側性に又は両側性に植え込まれる。この配置では、ケーブルが、頭の皮膚の下からいわゆるジェネレータに敷設されている。このジェネレータは、バッテリーを有する制御装置から構成され、例えば皮膚の下の鎖骨の領域内に植え込まれている。個々の刺激、例えば矩形パルスから成る高周波の周期シーケンスによる連続刺激(100 Hzより大きい周波数のパルス列)が、デプス電極を通じて実施される。この方法の目的は、目的領域内のニューロンの発火を抑制することである。標準的なデプス刺激に基づく作用機構は、さらに十分に説明しない。多くの研究の結果は、標準的なデプス刺激が復原可能な(組織の)障害のように作用する、つまり組織の復原可能な排除のように作用する:標準的なデプス刺激は、目的領域内及び/又はこれにつながっている脳領域内のニューロンの発火を抑制する。   In patients who can no longer be treated with medication, depth electrodes are implanted unilaterally or bilaterally depending on the condition and whether the disease is unilateral or bilateral. . In this arrangement, the cable is laid on a so-called generator from under the skin of the head. This generator consists of a control device with a battery, for example implanted in the area of the clavicle under the skin. Individual stimuli, for example continuous stimuli (pulse trains with a frequency greater than 100 Hz) with a high-frequency periodic sequence of rectangular pulses, are performed through the depth electrode. The purpose of this method is to suppress the firing of neurons in the target area. The mechanism of action based on standard depth stimulation is not more fully described. The results of many studies show that standard depth stimuli act like restorable (tissue) disorders, ie act like restorable exclusion of tissues: standard depth stimuli are within the target area And / or suppress firing of neurons in the brain region connected to it.

この刺激形態の欠点は、ジェネレータのエネルギー消費が非常に高いことである。その結果、ただの約1〜3年後にバッテリーを含むジェネレータを手術で頻繁に交換する必要がある。高周波の連続刺激が、脳、例えば視床又は基底神経節の領域内の反生理学的な(異常な)入力として数年の経過で該当する神経細胞群を順応させうることがさらなる欠点である。同じ刺激結果を得るためには、この順応の結果、より高い刺激振幅によって刺激する必要がある。刺激振幅が大きいほど、隣接する領域の刺激が原因で、構語障害(言語障害),知覚不全(或る場合では、非常に痛みを伴う異常な知覚),小脳の運動失調症(第三者の支援なしに存在する無能力)又は精神分裂病等のような副作用を起こす確率が大きい。これらの副作用は、患者によって我慢できない。これらの場合、それ故に、治療の効きめが、数年後に消失する。   The disadvantage of this stimulation form is that the generator energy consumption is very high. As a result, generators containing batteries need to be frequently replaced by surgery after only about 1-3 years. A further disadvantage is that high-frequency continuous stimulation can adapt the group of neurons over the course of several years as an antiphysiological (abnormal) input in the brain, for example in the area of the thalamus or basal ganglia. In order to obtain the same stimulation result, it is necessary to stimulate with a higher stimulation amplitude as a result of this adaptation. The greater the stimulus amplitude, the greater the stimulation of the adjacent area, the grammatical disorder (speech disorder), perceptual dysfunction (in some cases, very painful abnormal perception), cerebellar ataxia (third party There is a high probability of side effects such as inability to exist without support) or schizophrenia. These side effects cannot be tolerated by the patient. In these cases, therefore, the therapeutic efficacy disappears after several years.

ドイツ連邦共和国特許出願第102 11 766.7号明細書「脳刺激によって患者を治療する装置,電子構成要素並びにこの装置及びこの電子構成要素の医療での使用」,ドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0-33 号明細書「脳のニューロン活動を非同期にする装置」及びドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0号明細書「脳を多重電極で時間遅延に刺激して患者を治療する装置」中に記されているようなその他の刺激方法の場合、要求制御される刺激がその都度の目的領域内に印加されることが提唱されている。この方法及びこの装置の目的は、−標準的なデプス刺激の場合のように−異常に同期する発火を単に抑制するのではなくて、生理学的に相関する発火パターンに近づけることである。これによって一方では電力消費が低減され、他方では要求制御される刺激によって、組織内へのエネルギー入力が、標準的なデプス刺激に比べて低減される。しかし、これらの要求制御されて非同期にする方法も関連する欠点を有する。   German Patent Application No. 102 11 766.7 “Apparatus for treating a patient by brain stimulation, electronic components and medical use of this device and this electronic component”, German Patent Application No. 103 18 071.0- No. 33 “A device for asynchronous brain neuron activity” and German patent application No. 103 18 071.0 “A device for stimulating the brain with multiple electrodes to treat time delay” In the case of other stimulation methods, it is proposed that a demand-controlled stimulus is applied in each target area. The purpose of this method and this device is to approximate a physiologically correlated firing pattern rather than simply suppressing firing that is synchronous to anomalies-as is the case with standard depth stimuli. This reduces power consumption on the one hand and, on the other hand, demand-controlled stimulation reduces energy input into the tissue compared to standard depth stimulation. However, these request controlled and asynchronous methods also have associated drawbacks.

ドイツ連邦共和国特許出願第102 11 766.7号明細書による必要に応じて非同期にする刺激方法の欠点は、以下の事実に起因する:同期した神経細胞群を電気刺激によって非同期にするため、特定の期間の電気刺激が、目的領域内の異常な律動活動の特定の位相に対して正確に与えられる必要がある。このような精度は、実験的には現在のところまだ確実に実現され得ないので、合成された刺激が使用される。このような合成された刺激の第1刺激は、リセット、すなわち再スタートによって非同期にすべき神経細胞群の動特性を制御する。その一方で合成された刺激の第2刺激は、易損性の状態にある神経細胞群に印加して非同期にする。しかしこれに対しては、制御の性質、すなわちリセットの性質が十分であることが不可欠である。このことは、強い刺激がリセットに対して使用される必要があることを特に招く。しかしこのことは、副作用を回避する目的で阻止されなければならない。しかし、刺激パラメータ、つまり個々の刺激の期間及び特に第1刺激と第2刺激との間の間隔が最適に選択される時にだけ、希望する非同期作用が生じることがさらに重要である。このことは、深刻な結果を招く:
1.時間のかかる校正手続きが必要である。この校正手続きは、一般に30分より長く続く。
2.時間のかかる校正手続きに起因して、ドイツ連邦共和国特許出願第102 11 766.7号明細書による非同期にする刺激の効果が、デプス電極用に最も適した目標地点の手術中の選択に対して活用され得ない。そのため、ドイツ連邦共和国特許出願第102 11 766.7号明細書による非同期にする刺激の効果は、異なる目標地点に対して別々に検査される必要がある;このことは、患者に対して不本意に電極の植え込みの期間を長くする。
3.ネットワークの特性がより大きく変動した場合、すなわち神経細胞群の活動を示す、例えばシナプス強度や発火率のようなパラメータがより大きく変動した場合、再校正が必要である。
4.非同期にすべきニューロン細胞群の周波数がより大きく変動しない時にだけ、ドイツ連邦共和国特許出願第102 11 766.7号明細書による非同期にする刺激は有効であるので、例えば癲癇時の激しく変化する周波数による短期間の異常に過度な同期活動を伴う病気には適用され得ない。
The disadvantages of the stimulation method which makes desynchronization as required according to German Patent Application No. 102 11 766.7 are due to the following facts: to synchronize a group of synchronized neurons with electrical stimulation, for a certain period of time. Electrical stimulation must be accurately applied to a particular phase of abnormal rhythmic activity within the target area. Since such accuracy cannot be reliably achieved experimentally at present, synthesized stimuli are used. The first stimulus of such a synthesized stimulus controls the dynamic characteristics of the nerve cell group to be made asynchronous by resetting, that is, restarting. On the other hand, the second stimulus of the synthesized stimulus is applied to the nerve cell group in a fragile state to make it asynchronous. However, for this, it is indispensable that the control property, that is, the reset property is sufficient. This particularly leads to strong stimuli need to be used for reset. However, this must be prevented in order to avoid side effects. However, it is more important that the desired asynchronous action occurs only when the stimulation parameters, i.e. the duration of the individual stimulation and in particular the interval between the first and second stimulation, are optimally selected. This has serious consequences:
1. A time-consuming calibration procedure is required. This calibration procedure generally lasts longer than 30 minutes.
2. Due to the time-consuming calibration procedure, the effect of desynchronizing stimulation according to German Patent Application No. 102 11 766.7 is utilized for the intraoperative selection of the most suitable target point for a depth electrode. I don't get it. Therefore, the effect of desynchronizing stimuli according to German patent application 102 11 766.7 needs to be examined separately for different target points; Increase the period of implantation.
3. When the characteristics of the network change more greatly, that is, when parameters such as synaptic strength and firing rate, which indicate the activity of the nerve cell group, change more greatly, recalibration is necessary.
4). The desynchronization stimulus according to DE 102 11 766.7 is effective only when the frequency of the neuron cell group to be desynchronized does not vary much more, so for example a short term due to a drastically changing frequency during drought. It cannot be applied to diseases with abnormally excessive synchronous activity during.

ドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0-33 号明細書による要求制御されて非同期にする刺激方法の欠点は以下の事実に起因する:同期した神経細胞群を電気刺激によって非同期にするため、多重電極の刺激が実施される。短期間の高周波パルス列又は低周波パルス列が、個々の電極に対して印加される。このことは、刺激されたニューロン群を位相リセットする。等間隔の移相が刺激電極に割り当てられた神経のサブポピュレーション間に発生するように、これらの異なる電極によって刺激される時点が選択される。このような多数の電極によって与えられた刺激の終了後に、ニューロン間の異常に上昇した相互の影響に起因して、完全な非同期が自動的に開始する。   The disadvantages of the demand controlled and desynchronized stimulation method according to DE 103 18 071.0-33 are due to the fact that: multiple electrodes are used to synchronize synchronized neuronal cells by electrical stimulation. Stimulation is carried out. A short-term high-frequency pulse train or low-frequency pulse train is applied to the individual electrodes. This phase resets the stimulated group of neurons. The points of time stimulated by these different electrodes are selected so that equally spaced phase shifts occur between the neural subpopulations assigned to the stimulation electrodes. After the end of the stimulation provided by such a large number of electrodes, complete asynchrony automatically starts due to the abnormally elevated mutual influence between neurons.

この方法には、速い校正及びパラメータの変動に対して強いという利点がある。したがってこの刺激方法は、激しく変化する周波数を有する同期活動が短期間しか生じない場合でも使用され得る。さらにドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0-33 号明細書による方法は、深刻な欠点を有する:
1.ドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0-33 号明細書中に記された方法の本質は、繰り返されて場合によっては要求制御される全体刺激の印加である。刺激された組織が、全体刺激と全体刺激との間で再同期する。このことは、非同期にすべきニューロング群が2つの反生理学的な状態であるNクラスター状態と再同期の移行状態との間で振れ動くことを招く。この場合、Nは、刺激に使用される電極の数を示す。したがって、非同期にすべきニューロン群は、より長期間に対して得ようとする非同期の状態にない。しかしこのことは、病気に関連した症状及び刺激に関連した副作用を低減することを実現できる。
2.ドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0-33 号明細書中に記された必要に応じた制御は、複雑な制御電子機器を有し、必然的により高いエネルギー消費を呈する経費のかかる制御を必要とする。
This method has the advantage of being fast calibration and robust against parameter variations. This stimulation method can therefore be used even when synchronous activity with a drastically changing frequency occurs only for a short period of time. Furthermore, the method according to German patent application 103 18 071.0-33 has serious drawbacks:
1. The essence of the method described in German Patent Application No. 103 18 071.0-33 is the application of a global stimulus that is repeated and possibly controlled. The stimulated tissue resynchronizes between the global stimulus and the global stimulus. This leads to the non-asynchronous neuron group swinging between two anti-physiological states, the N cluster state and the resynchronization transition state. In this case, N indicates the number of electrodes used for stimulation. Therefore, the neuron group to be asynchronous is not in an asynchronous state to be obtained for a longer period. However, this can be achieved to reduce the side effects associated with the symptoms and stimuli associated with the disease.
2. The on-demand control described in German Patent Application No. 103 18 071.0-33 has complicated control electronics and inevitably requires costly controls that exhibit higher energy consumption. To do.

上述した刺激方法は、刺激信号としてシングルパルス,高周波パルス列及び低周波パルス列を使用する。これらは、刺激されるニューロンの動特性−特に位相動特性を変調する、例えば非同期にすべきニューロン群を位相リセットによってNクラスター状態にする。これらの刺激パルス列は、非同期にすべきニューロン群に固有の動特性を使用することなしに構成され、この意味で非同期にすべきニューロン群に対して異質でありかつ反生理学的な信号である。異常な症状を抑制するためには、高い強度の刺激パルス列を印加することが必要である。このことは、反生理学的な刺激及び場合によっては起こりうる副作用に対する非同期にすべきニューロン群の順応を招く。   The stimulation method described above uses a single pulse, a high-frequency pulse train, and a low-frequency pulse train as stimulation signals. They modulate the dynamic properties of the neurons to be stimulated—especially the phase dynamic properties, for example, a group of neurons that are to be made asynchronous into an N cluster state by phase reset. These stimulation pulse trains are constructed without using the dynamic characteristics inherent to the group of neurons to be asynchronous, and in this sense are heterogeneous and antiphysiological signals for the group of neurons to be asynchronous. In order to suppress abnormal symptoms, it is necessary to apply a high-intensity stimulation pulse train. This leads to adaptation of the neuron group to be asynchronous to antiphysiological stimuli and possibly possible side effects.

ドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0号明細書「脳を多重電極で時間遅延に刺激して患者を治療する装置」中に記されている方法にも欠点がある:
1.少なくとも2つの電極が、刺激に対して使用される必要がある。
2.電極は、主にデプス電極として構成される必要がある。そのため、例えば、患者に対するデプス電極の植え込みの間の脳組織の損傷の高い危険がある。
The method described in German Patent Application No. 103 18 071.0 “A device for treating a patient by stimulating the brain with time delay with multiple electrodes” also has drawbacks:
1. At least two electrodes need to be used for stimulation.
2. The electrodes need to be configured primarily as depth electrodes. Thus, for example, there is a high risk of brain tissue damage during implantation of the depth electrode for the patient.

上述した刺激方法の場合、1つ又は多数のデプス電極を使用することが必要である。このことは、高い手術経費及び患者に対するデプス電極の植え込みの間に起こりうる脳組織の損傷又は脳の出血のような合併症の大きな危険を意味する。この危険は、患者を成功裏に直しかつ副作用を低減する観点から減らさなければならない。
ドイツ連邦共和国特許出願第102 11 766.7号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0-33 号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0号明細書
For the stimulation method described above, it is necessary to use one or multiple depth electrodes. This means high surgical costs and a great risk of complications such as brain tissue damage or cerebral hemorrhage that can occur during implantation of depth electrodes for the patient. This risk must be reduced in terms of successfully repairing the patient and reducing side effects.
German Patent Application No. 102 11 766.7 German Patent Application No. 103 18 071.0-33 German Patent Application No. 103 18 071.0

本発明の課題は、脳のニューロン活動をデカップリング及び/又は非同期にする装置を提供することにある。異常に同期した脳の活動を有する患者が、この装置によって穏やかにかつ効率的に治療され得る。この場合、反生理学的な持続刺激に対する順応が阻止されなければならない。長時間かかる校正過程が阻止されなければならない。異常な律動活動のメイン周波数成分が激しく変動する時でも、刺激が成功しなければならない。さらにこの装置は、持続したデカップリング及び/又は非同期を実現しなければならない。過渡的な刺激に関連する反生理学的な状態はほとんど阻止されなければならない。本発明の装置は、第6.3章中に記されている選択的に追加され得るように追加の要求制御を必要としない。それ故に本発明の装置は、技術的に容易に実現可能であり、複雑な制御電子機器はほとんど要求されず、したがって電力消費も僅かで済む。本発明の刺激装置は、電力を節約して機能しなければならない。その結果、患者に植え込まれた刺激装置のバッテリーを手術で交換する必要は頻繁にない。特にただ1つの電極の植え込みで済むので、そしてこの電極は、例えば運動野の領域内の脳波電極のように後続する場合によっては容易にアクセスできる脳領域内に植え込まれるので、本発明の装置は、上述したデプス脳刺激の方法に比べて大幅に改良されている。脳刺激のため、すなわち特に−本発明の装置の特別な実施形では−デプス電極が不要である。その結果、動脈の傷害に起因した手術中の出血の危険がない。 It is an object of the present invention to provide a device for decoupling and / or asynchronizing brain neuronal activity. Patients with abnormally synchronized brain activity can be treated gently and efficiently with this device. In this case, adaptation to an antiphysiological sustained stimulus must be prevented. A long calibration process must be prevented. Stimulation must be successful even when the main frequency component of abnormal rhythmic activity fluctuates violently. In addition, the device must achieve sustained decoupling and / or asynchrony. Antiphysiological conditions associated with transient stimuli must be largely prevented. The apparatus of the present invention does not require additional request control so that it can be selectively added as described in Section 6.3. Therefore, the apparatus of the present invention is technically easily feasible, requires little complex control electronics, and therefore consumes little power. The stimulator of the present invention must save power and function. As a result, it is not often necessary to surgically replace the stimulator battery implanted in the patient. In particular, since only one electrode needs to be implanted, and this electrode is implanted in a brain area that can be easily accessed in the following cases, such as an electroencephalogram electrode in the area of the motor area, the device of the invention. Is significantly improved compared to the above-described depth brain stimulation method. For brain stimulation, i.e. in particular-in a particular embodiment of the device according to the invention-a depth electrode is not necessary. As a result, there is no risk of bleeding during surgery due to arterial injury.

本発明の課題は、請求項1の上位概念から出発して請求項1の特徴部分に記載の特徴によって解決される。デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の測定されて処理された活動をフィードバック刺激信号として使用することによって、第3章参照、この課題は、活動している異常なニューロン群が、完全にデカップリング及び/又は非同期にされるように、ニューロンの活動が、フィードバック刺激信号を有する刺激による電極によってその都度影響を受ける。これによって、患者の場合、症状が著しく抑制される。第8章中に記されているように本発明の装置の別の実施形の場合、この装置は、例えば活動しているニューロン群を非同期にするためにも使用され得る。この実施形の場合、活動しているニューロン群の測定されて処理されたニューロン活動が、フィードバック刺激信号として刺激電極を通じて印加される。その結果、活動しているニューロン群の直接又は間接の刺激が、フィードバック刺激信号によって実施される。これによって、完全な非同期が生じるように、非同期にすべきニューロン群が影響を受ける。これによって、病気に関連する症状が抑制される。そのため、本発明の装置は、制御装置4を有する。この制御装置4は、1つ又は複数のセンサ3の測定信号を受け取り、この信号から刺激信号を生成し、この刺激信号を刺激として電極2に印加する。   The object of the invention is solved by the features described in the characterizing part of claim 1, starting from the superordinate concept of claim 1. By using the measured and processed activity of the neurons to be decoupled and / or desynchronized as a feedback stimulus signal, see Chapter 3, this task is In order to be completely decoupled and / or desynchronized, the activity of the neuron is influenced each time by a stimulating electrode with a feedback stimulus signal. This significantly reduces symptoms in the case of patients. In the case of another embodiment of the device of the invention as noted in Chapter 8, this device can also be used, for example, to synchronize active neurons. In this embodiment, the measured and processed neuronal activity of the active neuron group is applied through the stimulation electrode as a feedback stimulation signal. As a result, direct or indirect stimulation of the active group of neurons is performed by the feedback stimulation signal. This affects the group of neurons that should be asynchronous so that complete asynchrony occurs. This suppresses symptoms associated with the disease. Therefore, the device of the present invention has a control device 4. The control device 4 receives a measurement signal of one or a plurality of sensors 3, generates a stimulation signal from this signal, and applies this stimulation signal to the electrode 2 as a stimulation.

本発明の装置は、電力を節約して作動する。その結果、患者の中に植え込まれたバッテリーを頻繁に交換する必要がない。   The device of the present invention operates with power savings. As a result, it is not necessary to frequently replace the battery implanted in the patient.

本発明の装置は、デカップリングする刺激によって手術中に得られる、電極に対する最適な目標地点を選択するための効果を可能にする。デプス脳電極を電極2として使用する場合、フィードバック信号の試験刺激及び/又は取り出しが、電極を植え込む間に解剖学的に予備計算された目標地点の領域内で本発明の装置によってmm単位のステップで最初に実施される。最適な治療効果を実現できる目標地点は、持続する植え込み用の目標地点として選択される。   The device of the present invention enables the effect of selecting the optimal target point for the electrode obtained during surgery by the decoupling stimulus. When a depth brain electrode is used as electrode 2, the test stimulus and / or retrieval of the feedback signal is stepped in millimeters by the device of the present invention within the anatomically pre-calculated target point area during implantation of the electrode. Will be implemented first. The target point that can achieve the optimal therapeutic effect is selected as the target point for sustained implantation.

比較的一定な周波数で多くの場合に持続する異常に同期する活動を有する上述した病気のほかに、断続的にだけ(短期間に発生する)異常に同期する活動を招く病気も治療され得る。主な適応は、薬剤によってもはや治療できない癲癇の治療である。本発明の装置は、例えばパーキンソン病,本態性震顫,失調症,癲癇,鬱病及び強迫神経症の症状を抑制する。   In addition to the illnesses described above, which have activity that synchronizes to anomalies that often persist at a relatively constant frequency, illnesses that cause activity to synchronize with anomalies only intermittently (occurring in a short period of time) can be treated. The main indication is the treatment of hemorrhoids that can no longer be treated with drugs. The device of the present invention suppresses symptoms of, for example, Parkinson's disease, essential tremor, ataxia, epilepsy, depression and obsessive compulsive disorder.

本発明の好適なその他の構成は、従属請求項中に記載されている。   Other preferred configurations of the invention are described in the dependent claims.

図面は、本発明の例示的な実施形を示す。   The drawings illustrate exemplary embodiments of the invention.

図1は、本発明の装置を示す。   FIG. 1 shows the apparatus of the present invention.

図2は、第8.1章の例1中に記されているような刺激による刺激のデカップリング作用を示す。具体的に説明するため、図2a〜2d中では、カップリングが、時点4秒に対して開始される。刺激が、時点7.5 秒に対して開始する。
図2a:センサ3によって測定されるカップリングされない状態の間、カップリングの間及び刺激の間のデカップリングすべきニューロン群のニューロン活動の経時変化。
図2b:カップリングされない状態、カップリングの間及び刺激の間のデカップリングすべきニューロン群の発火パターンの経時変化。
図2c:刺激間隔の間のデカップリングすべきニューロン群の同期の程度の経時変化。小さい値は、小さい同期に対応する。大きい値は、強い同期に対応する。
図2d:デカップリングすべきニューロン群に対して生じる刺激の影響の経時変化。すなわち、カップリングの影響と刺激の影響との和。
図2e:カップリング前(左)の発火周波数の分布、カップリングの間(中央)の発火周波数の分布及び開始された刺激時(右)の発火周波数の分布。
FIG. 2 shows the decoupling effect of a stimulus by a stimulus as described in Example 1 of Chapter 8.1. For illustration purposes, in FIGS. 2a-2d, the coupling is started for a time point of 4 seconds. Stimulation starts for time 7.5 seconds.
FIG. 2a: Time course of neuronal activity of the group of neurons to be decoupled during the uncoupled state as measured by sensor 3, during coupling and during stimulation.
FIG. 2b: Time course of firing pattern of neurons to be decoupled in the uncoupled state, during coupling and during stimulation.
FIG. 2c: Time course of the degree of synchronization of the neurons to be decoupled during the stimulation interval. Smaller values correspond to smaller synchronizations. Larger values correspond to strong synchronization.
FIG. 2d: Time course of the effect of the stimuli occurring on the group of neurons to be decoupled. That is, the sum of the coupling effect and the stimulus effect.
Fig. 2e: Distribution of firing frequency before coupling (left), distribution of firing frequency during coupling (center), and distribution of firing frequency at the start of stimulation (right).

図3は、第8.1章の例2中に記されているような刺激による刺激のデカップリング作用を示す。具体的に説明するため、図3a〜3d中では、カップリングが、時点4秒に対して開始される。刺激が、時点7.5 秒に対して開始する。
図3a:センサ3によって測定されるカップリングされない状態の間、カップリングの間及び刺激の間のデカップリングすべきニューロン群のニューロン活動の経時変化。
図3b:カップリングされない状態、カップリングの間及び刺激の間のデカップリングすべきニューロン群の発火パターンの経時変化。
図3c:デカップリングすべきニューロン群の同期の程度の経時変化。小さい値は、小さい同期に対応する。大きい値は、大きい同期に対応する。
図3d:デカップリングすべきニューロン群に対して生じる刺激の影響の経時変化。すなわち、カップリングの影響と刺激の影響との和。
図3e:カップリング前(左)の発火周波数の分布、カップリングの間(中央)の発火周波数の分布及び開始された刺激時(右)の発火周波数の分布。
FIG. 3 shows the decoupling effect of a stimulus by a stimulus as described in Example 2 of Chapter 8.1. For illustration purposes, in FIGS. 3a-3d, the coupling is started for a time point of 4 seconds. Stimulation starts for time 7.5 seconds.
FIG. 3a: Time course of neuronal activity of the group of neurons to be decoupled during the uncoupled state as measured by the sensor 3, during coupling and during stimulation.
FIG. 3b: Time course of firing pattern of neurons to be decoupled in the uncoupled state, during coupling and during stimulation.
FIG. 3c: Time course of the degree of synchronization of the group of neurons to be decoupled. Smaller values correspond to smaller synchronizations. A large value corresponds to a large synchronization.
FIG. 3d: Time course of the effect of the stimuli occurring on the group of neurons to be decoupled. That is, the sum of the coupling effect and the stimulus effect.
Fig. 3e: Distribution of firing frequency before coupling (left), distribution of firing frequency during coupling (middle) and distribution of firing frequency at the start of stimulation (right).

図4:活動している異常に同期するニューロン群1と活動されているデカップリングすべきニューロン群2との間のカップリングの概略図。ニューロン群2は、前運動野及び/又は運動野を例示的に示す。   FIG. 4: Schematic diagram of the coupling between a group of neurons 1 that synchronize with an active anomaly and a group of neurons 2 that are being decoupled. The neuron group 2 exemplarily shows a premotor area and / or a motor area.

図2a〜d及び3a〜d中には、横座標は、秒単位の時間軸を示す。その一方で縦座標に沿って、測定されたニューロン活動(図2a, 3a)又は発火パターン(図2b,3b)又は同期の程度(図2c,3c)又はカップリングの影響と刺激の影響との和(図2d, 3d)が、各々の場合に任意の単位でプロットされている。センサ3によって測定されるニューロン活動(図2a,3a)は、刺激を生成する基準として使用される。図2e及び3eでは、横座標が周波数を示す。縦座標が対応する周波数を有するニューロンの相対数を示す。   2a-d and 3a-d, the abscissa represents the time axis in seconds. On the other hand, along the ordinate, the measured neuronal activity (Figs. 2a, 3a) or firing pattern (Figs. 2b, 3b) or the degree of synchronization (Figs. 2c, 3c) or the effects of coupling and stimulation The sum (FIGS. 2d, 3d) is plotted in arbitrary units in each case. Neuronal activity measured by the sensor 3 (FIGS. 2a, 3a) is used as a reference for generating a stimulus. In FIGS. 2e and 3e, the abscissa indicates the frequency. The ordinate indicates the relative number of neurons having the corresponding frequency.

図1の装置は、絶縁増幅器1を有する。この絶縁増幅器1は、電極2及び生理学的な測定信号を検出する少なくとも1つのセンサ3に接続されている。使用される電極2は、例えば脳波電極又は脳電極でもよい。絶縁増幅器は、信号を処理して制御する装置4にも接続されている。この装置4は、刺激用の光学送信機5に接続されている。光学送信機5は、光ファイバ6を介して光学受信機7に接続されている。この光学受信機7は、信号を生成する刺激装置8に接続されている。この信号を生成する刺激装置8は、電極2に接続されている。リレー9又はトランジスタが、絶縁増幅器1方向の電極2の入力領域に存在する。装置4は、導線10を介してテレメトリー送信機11に接続されている。このテレメトリー送信機11は、テレメトリー受信機12に接続されている。このテレメトリー受信機12は、植え込むべき装置の外部に位置している。データを表示し処理し記憶する手段13が、テレメトリー受信機12に接続されている。使用されるセンサ3は、例えば脳波電極,脳電極又は周囲電極でもよい。   The apparatus of FIG. 1 has an isolation amplifier 1. The isolation amplifier 1 is connected to an electrode 2 and at least one sensor 3 for detecting a physiological measurement signal. The electrode 2 used may be an electroencephalogram electrode or a brain electrode, for example. The isolation amplifier is also connected to a device 4 that processes and controls the signal. This device 4 is connected to an optical transmitter 5 for stimulation. The optical transmitter 5 is connected to an optical receiver 7 through an optical fiber 6. The optical receiver 7 is connected to a stimulator 8 that generates a signal. The stimulation device 8 that generates this signal is connected to the electrode 2. A relay 9 or transistor is present in the input region of the electrode 2 in the direction of the isolation amplifier 1. The device 4 is connected to a telemetry transmitter 11 via a conductor 10. This telemetry transmitter 11 is connected to a telemetry receiver 12. This telemetry receiver 12 is located outside the device to be implanted. A means 13 for displaying, processing and storing data is connected to the telemetry receiver 12. The sensor 3 used may be, for example, an electroencephalogram electrode, a brain electrode or a surrounding electrode.

電極2は、当業者に既知で本発明の適用に適しているあらゆる電極でもよい。本発明の広い意味では、それ故に電極は、本発明の刺激に適用できる対象物である。   The electrode 2 may be any electrode known to those skilled in the art and suitable for application of the present invention. In the broad sense of the present invention, therefore, an electrode is an object that can be applied to the stimulation of the present invention.

電極2は、例えば少なくとも2つのワイヤである。電位差が、刺激の目的でこれらのワイヤの両端に印加される。電極2は、マクロ電極又はマイクロ電極でもよい。この代わりに、電極2は単一のワイヤでもよい。この場合、電位差は、単一ワイヤと刺激を目的としたジェネレータのハウジングの金属部分との間に印加される。さらに、強制ではないものの、電位差が、ニューロン活動を記録するために電極2によって測定され得る。別の実施形では、電極2は、2つより多いワイヤから構成されてもよい。これらのワイヤは、脳内の測定信号の測定及び刺激に対して使用され得る。   The electrode 2 is, for example, at least two wires. A potential difference is applied across the wires for stimulation purposes. The electrode 2 may be a macro electrode or a micro electrode. Alternatively, the electrode 2 may be a single wire. In this case, the potential difference is applied between the single wire and the metal part of the generator housing for stimulation purposes. Furthermore, although not forced, a potential difference can be measured by electrode 2 to record neuronal activity. In another embodiment, the electrode 2 may be composed of more than two wires. These wires can be used for measuring and stimulating measurement signals in the brain.

電極2が2つより多いワイヤから構成される場合、これらのワイヤのうちの少なくとも1つのワイヤが、センサ3として作動できる。その結果この場合では、電極2及びセンサ3が唯一の部材内で一体化されている実施形が存在する。電極2のワイヤは、異なる長さを有してもよい。その結果これらの電極2は、異なる脳の深さに貫通され得る。nが3以上の整数であるときに電極2がn本のワイヤから構成される場合、刺激が、少なくとも一対のワイヤによって実施できる。ワイヤのあらゆるサブコンビネーションが、対の形成で可能である。刺激は、n本のワイヤのうちの1本のワイヤとジェネレータのハウジングの金属部分との間でも実現され得る。この部材のほかに、さらに電極2に構造的に一体化していないセンサ3も存在してもよい。   If the electrode 2 is composed of more than two wires, at least one of these wires can act as the sensor 3. Consequently, in this case, there is an embodiment in which the electrode 2 and the sensor 3 are integrated in a single member. The wires of electrode 2 may have different lengths. As a result, these electrodes 2 can penetrate to different brain depths. When the electrode 2 is composed of n wires when n is an integer of 3 or more, stimulation can be performed by at least a pair of wires. Any sub-combination of wires is possible in pairs. Stimulation can also be realized between one of the n wires and the metal part of the generator housing. In addition to this member, there may also be a sensor 3 that is not structurally integrated with the electrode 2.

例示的にかつ具体的に説明すると、ニューロン活動が、最初のステップでセンサを用いて本発明の装置によって測定される。第2のステップでは、刺激信号が、測定された信号をさらに処理することによって、例えばニューロン活動の時間遅延、場合によってはフィルタリング及び/又は増幅によって生成される。次いでこの刺激信号から生成された刺激が、植え込まれた電極を通じて第3の操作ステップで刺激用に使用される。この刺激の結果、異常な活動のデカップリング及び/又は非同期が、刺激された組織内で生じる。本発明の装置の操作の詳細は、第1章で説明する。   Illustratively and specifically, neuronal activity is measured by the device of the present invention using a sensor in the first step. In a second step, the stimulation signal is generated by further processing the measured signal, for example by time delay of neuronal activity, possibly filtering and / or amplification. The stimulus generated from this stimulus signal is then used for stimulation in a third operating step through the implanted electrode. As a result of this stimulation, abnormal activity decoupling and / or asynchrony occurs in the stimulated tissue. Details of the operation of the apparatus of the present invention are described in Chapter 1.

第6章中に記されているように、本発明の装置は、刺激印加の時間制御のいろいろな実施形で実現され得る。刺激印加の時間制御のこれらの実施形は、持続的に繰り返されて要求制御される刺激印加である。   As noted in Chapter 6, the device of the present invention can be implemented in various embodiments of time control of stimulus application. These implementations of stimulus application time control are stimulus applications that are continuously repeated and demand controlled.

本発明の持続する刺激印加は、本発明の装置の簡単な実施形である。この実施形は、追加の要求制御なしに作動し、第6.1章中に記すように刺激を持続して印加する。したがってこの持続する刺激印加は、本発明の装置の容易に実施される実施形を示す。同時に、デカップリング又は非同期にすべきニューロン群への僅かなエネルギー入力で、持続刺激の良好なデカップリング及び/又は非同期の効果が、第5章中に記されている本発明の自律制御する要求制御に起因して得られる。   The sustained stimulation application of the present invention is a simple embodiment of the device of the present invention. This embodiment operates without additional demand control and applies the stimulus continuously as described in Section 6.1. This continuous stimulation application thus represents an easily implemented embodiment of the device of the invention. At the same time, with a small energy input to the group of neurons to be decoupled or made asynchronous, the good decoupling and / or asynchronous effect of sustained stimulation is the need for autonomous control of the invention described in Chapter 5. Obtained due to control.

本発明の繰り返す刺激印加では、本発明の装置が制御システムを有する。制御システムが、特定の期間だけに刺激を電極2に印加するように、この制御システムはプログラミングされている。刺激は、これらの期間以外は印加されない。それ故に、第6.2章に記されている繰り返す刺激の実施形で、制御装置4によって決定された例えば相前後して続く時点に対して、刺激信号が、制御装置2によって計算された期間で生成されて電極2に出力されるように、制御装置4がプログラミングされている。持続する刺激印加の場合のように、第5章による刺激信号の自律制御する要求制御も、繰り返される刺激印加で実施される。   In the repeated stimulus application of the present invention, the device of the present invention has a control system. The control system is programmed so that the control system applies a stimulus to the electrode 2 only for a specific period of time. Stimulation is not applied outside these periods. Therefore, in the repetitive stimulus implementation described in chapter 6.2, for example, the time period when the stimulus signal is calculated by the control device 2 relative to the time point determined by the control device 4, for example, following one after another. The control device 4 is programmed so as to be generated and output to the electrode 2. As in the case of continuous stimulus application, the demand control for autonomous control of the stimulus signal according to Chapter 5 is also performed by repeated stimulus application.

本発明の要求制御される刺激印加では、本発明の装置が、第6.3章中に記されているような追加の要求制御を有する。そのため、本発明の装置は、好ましくは電極2の信号中及び/又はセンサ3内及び/又は処理されるニューロン活動内の異常な特徴の発生及び/又は痕跡を検出する手段を有する。第6.3章中に記されている要求制御される刺激印加の実施形では、刺激信号が、異常な特徴の発生及び痕跡に応じて電極2に出力される。その結果、脳組織が刺激される。これによって、ニューロン群内の異常なニューロン活動が、デカップリング及び/又は非同期にされ、したがって正常な生理状態に近づく。異常な活動は、そのパターン及び/又はその振幅及び/又はその周波数成分の特徴的な変化及び/又はその経時変化によって健康な活動と区別が付く。異常なパターンを検出する手段は、電極2及び/又はセンサ3の測定信号を処理するコンピュータであってこれらの測定信号をコンピュータ内に記憶されたデータと比較する。コンピュータは、データを記憶するデータ媒体を有する。これらのデータは、第6及び7章による校正及び/又は制御の範囲内で利用され得る。制御装置4は、例えばチップ又は匹敵する計算能力を有するその他の電子装置から構成され得る。   With the demand-controlled stimulation application of the present invention, the device of the present invention has additional demand control as described in Chapter 6.3. For this reason, the device according to the invention preferably comprises means for detecting the occurrence and / or traces of abnormal features in the signal of the electrode 2 and / or in the sensor 3 and / or in the neuronal activity to be processed. In the demand-controlled stimulus application implementation described in Chapter 6.3, a stimulus signal is output to the electrode 2 in response to the occurrence and trace of abnormal features. As a result, brain tissue is stimulated. This causes abnormal neuronal activity within the neuron group to be decoupled and / or desynchronized, thus approaching normal physiological conditions. Abnormal activity is distinguished from healthy activity by a characteristic change in its pattern and / or its amplitude and / or its frequency component and / or its change over time. The means for detecting an abnormal pattern is a computer that processes the measurement signals of the electrode 2 and / or the sensor 3 and compares these measurement signals with data stored in the computer. The computer has a data medium for storing data. These data can be used within the scope of calibration and / or control according to Chapters 6 and 7. The control device 4 can be composed, for example, of a chip or other electronic device with comparable computing power.

第6.3章中に記されている要求制御される刺激印加の実施形において、刺激が、制御装置4によって予め決定された刺激間隔で生成されて電極2に出力されるように、制御装置4はプログラミングされている。全体としては、本発明の装置のそれぞれの手続きに関連する刺激の種類及び強さに関する全てのパラメータ及びこれらの時間遅延及び電極に固有に印加する情報及び要求制御される機能に関連し、センサ3によって算出された測定値又はこれらの測定値から導き出されたパラメータが記憶される。   In the embodiment of the demand-controlled stimulation application described in chapter 6.3, the control device is such that the stimulation is generated at the stimulation interval predetermined by the control device 4 and output to the electrode 2. 4 is programmed. Overall, it relates to all parameters relating to the type and intensity of stimuli associated with the respective procedure of the device of the invention and to their time delay and the information applied to the electrodes and the functions to be controlled, the sensor 3 The measured values calculated by or parameters derived from these measured values are stored.

制御装置4は、電極2を好ましくは以下の方法で制御する:制御データが、制御装置4から刺激用の光学送信機5に転送される。この光学送信機5は、光ファイバ6を通じて光学受信機7を制御する。制御信号を光学受信機7に光学的に結合することによって、制御装置4が、電極2から電気的に絶縁される。このことは、干渉信号が信号を処理し制御する装置4から電極2に入力することが阻止されることを意味する。考えられる光学受信機は、例えばフォトセルである。光学受信機7は、刺激用の光学送信機5によって入力される信号を刺激装置8に転送する。次いで適切な刺激が、刺激装置8によって電極2を通じて脳内の目標領域に転送される。測定が電極2をも通じて実施される場合、リレー9も、刺激用の光学送信機5から光学受信機7を通じて作動される。この光学送信機5は、干渉信号が入ることを阻止する。リレー9又はトランジスタは、絶縁増幅器が過励振することなしにニューロン活動が各刺激の直後に再び測定され得ることを保証する。電気的な絶縁は、必ずしも制御信号を光学的に結合することによって実施する必要はなく、むしろその他の代わりの制御システムを使用してもよい。例えばこれらの制御システムは、例えば超音波帯域内の音響接続でもよい。干渉のない制御は、例えば適切なアナログフィルタ又はデジタルフィルタを使用することによって実現され得る。   The control device 4 controls the electrode 2 preferably in the following way: Control data is transferred from the control device 4 to the optical transmitter 5 for stimulation. The optical transmitter 5 controls the optical receiver 7 through the optical fiber 6. The control device 4 is electrically isolated from the electrode 2 by optically coupling the control signal to the optical receiver 7. This means that interference signals are prevented from entering the electrode 2 from the device 4 that processes and controls the signal. A possible optical receiver is, for example, a photocell. The optical receiver 7 transfers a signal input by the stimulation optical transmitter 5 to the stimulation device 8. The appropriate stimulus is then transferred by the stimulator 8 through the electrode 2 to the target area in the brain. If the measurement is also carried out through the electrode 2, the relay 9 is also activated from the stimulating optical transmitter 5 through the optical receiver 7. This optical transmitter 5 prevents an interference signal from entering. The relay 9 or transistor ensures that neuronal activity can be measured again immediately after each stimulus without over-exciting the isolation amplifier. Electrical isolation does not necessarily have to be implemented by optically coupling control signals, but rather other alternative control systems may be used. For example, these control systems may be acoustic connections in the ultrasonic band, for example. Control without interference can be achieved, for example, by using appropriate analog or digital filters.

さらに本発明の装置は、好ましくはテレメトリー受信機12を介して測定信号及び/又は刺激信号を表示し処理しデータを記憶する手段13に接続されている。この配置では、この装置13は、以下で説明するデータを解析する方法を有する。   Furthermore, the device according to the invention is preferably connected via a telemetry receiver 12 to means 13 for displaying and processing measurement signals and / or stimulation signals and storing data. In this arrangement, the device 13 has a method for analyzing the data described below.

さらに、機器の規則的な動作を監視するため、及び場合によっては第7.2章中に記されている制御メカニズムを、パラメータを変更することによって効率的に構成するため、本発明の装置は、テレメトリー受信機13を介して追加の参照データベースに接続され得る。   Furthermore, in order to monitor the regular operation of the equipment and in some cases efficiently configure the control mechanism described in chapter 7.2 by changing parameters, the device of the present invention is Can be connected to an additional reference database via the telemetry receiver 13.

第1章で刺激のメカニズムを詳しく説明する。最も重要な用語の定義は、第2章中に記載されている。ニューロン活動の処理によるニューロン活動の測定から刺激信号の生成までの動作ステップは、第3章中で説明する。電極及びセンサの空間的な配置は、第4章に記載されている。第5章は、刺激信号の自律制御する要求制御を説明する。第6及び7章中には、刺激印加の制御及び刺激パラメータの校正及び適合が説明されている。第8章中には、事例及びその他の可能な用途及び装置の実施形が説明されている。本発明の装置の利点は、第9章中に記載されている。   Chapter 1 explains the mechanism of stimulation in detail. The definitions of the most important terms are given in Chapter 2. The operation steps from the measurement of neuronal activity through the generation of neuronal activity to the generation of stimulus signals are described in Chapter 3. The spatial arrangement of electrodes and sensors is described in Chapter 4. Chapter 5 explains request control for autonomous control of stimulus signals. Chapters 6 and 7 describe control of stimulus application and calibration and adaptation of stimulus parameters. In Chapter 8, examples and other possible applications and device implementations are described. The advantages of the device of the present invention are described in Chapter 9.

1 刺激のメカニズム
本発明の方法及び装置は、運動しているニューロン群から運動したニューロン群にデカップリングするために使用され得る。運動しているニューロン群も、非同期にされ得る。この関係は、図4中に示されている。
1 Mechanism of Stimulation The method and apparatus of the present invention can be used to decouple from moving neurons to moving neurons. The group of neurons in motion can also be made asynchronous. This relationship is shown in FIG.

このことは、電極によって刺激を印加して実施される。ニューロン活動が、測定され、場合によっては存在する特に時間遅延も含む処理ステップ後に刺激信号及び刺激に変換されて印加されることによって、これらの刺激は生成される。その結果、デカップリング及び/又は非同期が顕著に起こる。第3.1章中に記されているように、運動した神経細胞群2が、デカップリング処理で刺激される (図4)。非同期処理では、運動しているニューロン群1が刺激される。   This is done by applying a stimulus with an electrode. These stimuli are generated by the neuronal activity being measured and converted and applied to stimulus signals and stimuli after processing steps that may also be present, especially including time delays. As a result, decoupling and / or asynchrony occurs significantly. As described in Chapter 3.1, the exercised neuron group 2 is stimulated by the decoupling process (FIG. 4). In asynchronous processing, the moving neuron group 1 is stimulated.

本発明の装置及び本発明の刺激方法を使用することによって、デカップリングすべき神経細胞群が、デカップリングされかつ非同期にされた状態にされるか、又は、非同期にすべきニューロン群が非同期にされる。希望する状態、すなわち完全なデカップリング及び/又は非同期は、一般にニューロン活動の数周期の間、多く場合1周期未満の間に生じる。デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群は、刺激の遮断後に経験によれば病気に起因して及び/又はカップリングに起因してまた再同期するので、一般には、持続する又は繰り返す刺激が必要である。刺激は、ニューロン活動に本発明にしたがって直接関係するので、生じる刺激の影響の振幅、すなわちデカップリングすべき又は非同期にすべきニューロン群に対するカップリング及び刺激の和が、成功したデカップリング及び/又は非同期後に最小になる。   By using the device of the present invention and the stimulation method of the present invention, the group of neurons to be decoupled is brought into a decoupled and unsynchronized state, or the group of neurons to be de-synchronized Is done. The desired state, ie complete decoupling and / or asynchrony, generally occurs during several cycles of neuronal activity, often less than one cycle. Neurons to be decoupled and / or desynchronized generally persist or repeat because after stimulation is interrupted, the experience is due to illness and / or to resynchronization due to coupling I need stimulation. Since stimulation is directly related to neuronal activity according to the present invention, the amplitude of the effect of the resulting stimulation, i.e. the sum of the coupling and stimulation for the group of neurons to be decoupled or made unsynchronized, and / or Minimized after asynchronous.

フィードバック刺激信号、すなわち処理されたニューロン活動が、刺激として利用されることによって、このことは可能になる。すなわち、同期つまりカップリングの程度が、刺激信号の強度及び形を持続して制御する。印加された刺激信号は、外部のカップリング及び/又は内部の同期を補償する。その結果、デカップリングすべき又は非同期にすべきニューロン群に対して生じる刺激の影響の振幅が最小になる。そしてこれらのニューロング群のニューロン活動が、正常な生理状態に近づく。この処理は、例えば刺激周期T,時間遅延及び強度のような変更可能な刺激パラメータの広い領域に対して作用し、経費のかかる校正を必要とせず、大きい許容誤差を有する。さらに、ニューロン活動と刺激パターンとの間の直接の関係に起因して、デカップリングすべき又は非同期にすべき組織内へのエネルギー入力が最小になる。このことは、僅かな副作用しか予測させない。   This is made possible by using feedback stimulation signals, i.e. processed neuronal activity, as stimuli. That is, the degree of synchronization or coupling continuously controls the intensity and shape of the stimulus signal. The applied stimulus signal compensates for external coupling and / or internal synchronization. As a result, the amplitude of the stimulus effect that occurs on the group of neurons to be decoupled or made asynchronous is minimized. The neuronal activity of these neuron groups approaches a normal physiological state. This process operates on a large area of variable stimulation parameters such as stimulation period T, time delay and intensity, does not require expensive calibration and has large tolerances. Furthermore, due to the direct relationship between neuronal activity and the stimulation pattern, energy input into the tissue to be decoupled or made asynchronous is minimized. This predicts only a few side effects.

以下に、本発明の装置及びその機能を例示的に説明する。   In the following, the apparatus of the present invention and its functions are described by way of example.

本発明の装置及び制御システムは、本発明の処理方法の全てのステップを実施できる手段によって構成されている。   The apparatus and control system of the present invention are configured by means capable of executing all the steps of the processing method of the present invention.

方法ステップを実施する手段も、説明する方法ステップによって間接的に説明されている。したがって方法ステップは、同時に機能する装置の特徴を示す。
本発明によれば、電極が、脳領域内に植え込まれるか又は−脳波電極の場合は−脳領域に取り付けられる。好ましくは、脳領域が、病気の発生源であるか又は異常な活動によって活動されている1つ又は多数の脳領域につながっているか又はこれらの脳領域に直接属するように、この脳領域は選択される。
Means for performing the method steps are also indirectly described by the described method steps. The method steps thus show the features of the device functioning simultaneously.
According to the invention, the electrode is implanted in the brain region or, in the case of an electroencephalogram electrode, attached to the brain region. Preferably, the brain region is selected such that the brain region is connected to or directly belongs to one or many brain regions that are the source of disease or are activated by abnormal activity Is done.

この場合、この電極は、その周囲に電気信号を出力する。この電気信号は、直接その周辺領域内で又は神経繊維束を通じて別の領域内でデカップリング及び/又は非同期を引き起こす。デカップリング及び/又は非同期を起こすため、測定されて処理された、特に時間遅延したニューロン活動が、刺激信号として使用される、第3章参照。したがって、本発明の装置は制御システムを有する。電極2が、近くの周辺領域内で及び/又は神経繊維束を通じて刺激をさらに送ることによって別の脳領域内でデカップリング及び/又は非同期を引き起こすように、この制御システムはこの電極2を制御する。本発明によれば、電極は、特にT/2の整数倍時間遅延した測定され処理されたニューロン活動から生成される刺激によって制御される。Tは、刺激周期であって以下で説明するように活動している又は活動したニューロン群の律動するニューロン活動の周期にほぼ近似する。刺激電極2が、デカップリングすべき又は非同期にすべき領域内に位置されていない場合、このような電極2の制御時に、刺激地点とこれによって影響するニューロン群の地点との間の伝播時間を考慮する必要がある。このことは、第7.3章中に記されている。この刺激の場合、全てのデカップリングすべきニューロン群をデカップリングし非同期にする及び/又は非同期にすべきニューロン群を非同期にする。このことは、同時に異常な症状を抑制する。電極2が、デカップリングすべき及び非同期にすべき領域の外側に位置する場合、第7.3章中に記されているように間接刺激の効果を考慮する必要がある。   In this case, this electrode outputs an electrical signal around it. This electrical signal causes decoupling and / or desynchronization directly in its peripheral region or in another region through the nerve fiber bundle. To cause decoupling and / or asynchrony, measured and processed, particularly time-delayed neuronal activity is used as a stimulus signal, see Chapter 3. Thus, the device of the present invention has a control system. The control system controls the electrode 2 so that the electrode 2 causes decoupling and / or desynchronization in another brain region by sending further stimulation in the nearby peripheral region and / or through the nerve fiber bundle. . In accordance with the present invention, the electrodes are controlled by stimuli generated from measured and processed neuronal activity that is delayed by an integer multiple of T / 2 in particular. T is the stimulation period and approximates to the period of rhythmic neuronal activity of an active or active group of neurons as described below. If the stimulation electrode 2 is not located in the region to be decoupled or desynchronized, the propagation time between the stimulation point and the point of the neuron group affected thereby is controlled when controlling such an electrode 2. It is necessary to consider. This is noted in Chapter 7.3. In the case of this stimulus, all the neurons to be decoupled are decoupled and made asynchronous and / or the neurons to be made asynchronous are made asynchronous. This simultaneously suppresses abnormal symptoms. If the electrode 2 is located outside the region to be decoupled and desynchronized, the effect of indirect stimulation needs to be taken into account as described in Chapter 7.3.

この新規な方法及びこの新規な装置によって、性質上別の方法を目的とした上述した従来の技術に比べて、異常な症状を抑制する目的が達成される。異常に同期する神経細胞群のニューロン活動を強い刺激によって抑制するのではなくて、異常に同期して活動する神経細胞群が簡単に非同期にされるか、又は、異常な活動によって活動した別のニューロン群が、この働きによってデカップリングされ非同期にされる。このことは、異常な症状を抑制する。個々のニューロンの生理活動が影響されない。第3.3章にしたがって処理されるニューロン活動が、この処理の間に刺激地点で使用される。激しく発生するデカップリング及び/又は非同期は、運動した領域内のニューロン間の相互作用によって支援される。異常な同期に作用する作用メカニズムが利用される。つまり、最小の介入によって治療効果を得るため、作用すべきシステムのエネルギーが利用される。時間遅延が刺激周期Tの半分の整数倍に相当する刺激信号から生成される刺激が使用される場合、最良の結果が得られる。刺激周期Tは、異常な活動の周期に近似する。しかし、電極2によって出力される刺激の時間遅延が、別の時間遅延を含む場合、さらなる治療結果も得られる。この場合、例えば少なくとも一部のデカップリング及び/又は非同期が得られる。選択された時間遅延が異常な活動の周期の半分の整数倍に近づくほど、治療結果が良好になる。   By this novel method and this novel device, the object of suppressing abnormal symptoms is achieved as compared with the above-described conventional technique aiming at another method in nature. Rather than suppressing the neuronal activity of a group of neurons that synchronize abnormally with a strong stimulus, a group of neurons that act in synchrony with the anomaly can be easily made asynchronous or another Neurons are decoupled and made asynchronous by this action. This suppresses abnormal symptoms. The physiological activity of individual neurons is not affected. Neuronal activity processed according to chapter 3.3 is used at the stimulation point during this processing. Vigorous decoupling and / or asynchrony is assisted by interactions between neurons in the region of motion. A mechanism of action acting on abnormal synchronization is used. That is, the energy of the system to work on is used to obtain a therapeutic effect with minimal intervention. The best results are obtained when a stimulus is used that is generated from a stimulus signal whose time delay corresponds to an integral multiple of half the stimulus period T. The stimulation period T approximates the period of abnormal activity. However, if the time delay of the stimulation output by the electrode 2 includes another time delay, further treatment results are obtained. In this case, for example, at least some decoupling and / or asynchrony is obtained. The closer the selected time delay is to an integral multiple of half the period of abnormal activity, the better the treatment results.

2 時間の定義
ニューロン活動:
本発明の装置のメカニズムの説明は、本質的にニューロン活動の用語に基づく。デカップリングすべきニューロン群及び/又は非同期にすべきニューロン群のニューロン活動(活動している及び活動したニューロン群の用語参照)が、測定され記憶され第3.3章にしたがって処理され、そしてフィードバック刺激信号として使用される。その結果、本発明の自律制御する要求制御が実施される。以下では、デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の測定されるニューロン活動は、デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の活動の時間的な発生を表す信号と解される。例えば、局所のフィールドポテンシャルが、デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の活動の時間的な発生を表すことができる。ニューロン活動は、好ましくはデカップリングすべき及び/又は非同期にすべき領域内で直接測定され得る。しかし、デカップリングすべき領域及び/又は非同期にすべき領域のニューロン活動に関連する例えば別の脳領域、例えば運動野及び/若しくは前運動野の活動又はデカップリングすべき領域及び/若しくは非同期にすべき領域によって制御されるべき筋肉群の活動を測定することも可能である。本発明の装置の別の実施形では、デカップリングすべきニューロン群及び/又は非同期にすべきニューロン群のニューロン活動を適切に表すため、ニューロン活動が、いろいろな位置で測定され結合され得る。デカップリングすべき領域及び/又は非同期にすべき領域のニューロン活動に関連する量も、以下ではニューロン活動と呼ばれ、この用語に含まれる。
Definition of 2 hours
Neuron activity:
The description of the mechanism of the device of the present invention is essentially based on the term neuronal activity. Neuronal activity of neurons to be decoupled and / or neurons to be desynchronized (see terminology of active and active neurons) is measured, stored, processed according to chapter 3.3, and feedback Used as a stimulus signal. As a result, the request control for autonomous control of the present invention is performed. In the following, the measured neuronal activity of the group of neurons to be decoupled and / or desynchronized is understood as a signal representing the temporal occurrence of the activity of the group of neurons to be decoupled and / or desynchronized. The For example, the local field potential can represent the temporal generation of activity of a group of neurons that should be decoupled and / or made asynchronous. Neuronal activity can preferably be measured directly in the region to be decoupled and / or desynchronized. However, it is related to the neuronal activity of the region to be decoupled and / or the region to be desynchronized, e.g. another brain region, e.g. It is also possible to measure the activity of the muscle groups to be controlled by the power region. In another embodiment of the device of the present invention, neuronal activity can be measured and combined at various locations to adequately represent the neuronal activity of the neurons to be decoupled and / or to be asynchronous. The quantity associated with neuronal activity in the region to be decoupled and / or in the region to be asynchronous is also referred to below as neuronal activity and is included in this term.

律動:
律動は、律動的なつまりほぼ周期的なニューロン活動と解される。このニューロン活動は、神経細胞の異常に過度に同期する活動の結果として発生し得る。律動が、短期間又は持続して長期間発生し得る。
rhythm:
Rhythm is understood as rhythmic or almost periodic neuronal activity. This neuronal activity can occur as a result of activities that are overly synchronized to neuronal abnormalities. Rhythms can occur for a short period or for a long period of time.

周期:
本発明の装置の主要な用語は、律動的なニューロン活動の周期である。この周期は、刺激を印加するための時間基準として使用される。例えば第7.2.1章中で記されたような刺激周期Tを適合することによって、好ましくは律動的なニューロン活動の周期が、刺激周期Tに一致する。
period:
The main term for the device of the invention is the period of rhythmic neuronal activity. This period is used as a time reference for applying the stimulus. For example, by adapting the stimulation period T as described in section 7.2.1, the period of rhythmic neuronal activity preferably coincides with the stimulation period T.

活動しているニューロン群:
活動しているニューロン群は、異常に同期するニューロン活動を生成するか又は付随する領域の異常に同期する活動を表すニューロン細胞群と解される。活動しているニューロン群は、異常に同期する活動を活動したニューロングに転送する(図4)。活動しているニューロン群の異常な律動は、(1)ほぼ全ての活動しているニューロン群の関与下で生じる及び/又は(2)活動しているニューロン群の一部内で生じる及び/又は(3)活動しているニューロン群及び活動したニューロン群と異なる第3のニューロン群内で生じる。この第3のニューロン群は、活動しているニューロング群を活性化する。(3)の場合、活動しているニューロン群自体が、活動したニューロン群である。活動しているニューロングは、非同期にすべきニューロン群又は非同期にすべき領域とも呼ばれる。活動している神経細胞群は、解剖学の分野に拘束されない。むしろ、
−少なくとも1つの解剖学の分野の少なくとも一部,
−少なくとも1つの完全な解剖学の分野,
のグループから成る少なくとも1つの要素と解され得る。
Active neurons:
An active neuron group is understood as a neuron cell group that generates neuron activity that synchronizes to an abnormality or represents an activity that synchronizes to an abnormality in an associated region. The active neuron group transfers the activity synchronized to the abnormality to the active neuron (FIG. 4). An abnormal rhythm of an active neuron group (1) occurs under the involvement of almost all active neuron groups and / or (2) occurs within a part of an active neuron group and / or ( 3) Occurs in an active neuron group and a third neuron group different from the active neuron group. This third group of neurons activates the active group of neurons. In the case of (3), the active neuron group itself is the active neuron group. An active neuron is also called a group of neurons to be asynchronous or a region to be asynchronous. The active neuron population is not bound by the field of anatomy. Rather
-At least part of at least one field of anatomy,
-At least one complete anatomy field,
Can be interpreted as at least one element consisting of the following groups.

活動したニューロン群:
活動したニューロン群は、直接に又は活動しているニューロン群を通じて間接に影響された神経細胞群と解される(図4)。直接の影響は、2つのニューロン群を直接に−つまり別のニューロン群の中間接続なしにつなぐ神経繊維を介した影響を意味する。間接な影響は、少なくとも1つの中間接続されたニューロングを介した影響を意味する。活動しているニューロン群によって影響される神経細胞群も、デカップリングすべきニューロン群又はデカップリングすべき領域と呼ばれる。デカップリングすべき領域は、解剖学の分野に拘束されない。むしろ、
−少なくとも1つの解剖学の分野の少なくとも一部,
−少なくとも1つの完全な解剖学の分野,
のグループから成る少なくとも1つの要素と解され得る。
Activated neurons:
An activated group of neurons is understood as a group of neurons that are directly or indirectly affected through an active group of neurons (FIG. 4). A direct effect means an effect via a nerve fiber that connects two groups of neurons directly—that is, without an intermediate connection of another group of neurons. An indirect effect means an effect via at least one intermediately connected neuron. A group of neurons affected by an active group of neurons is also called a group of neurons to be decoupled or a region to be decoupled. The area to be decoupled is not bound by the field of anatomy. Rather
-At least part of at least one field of anatomy,
-At least one complete anatomy field,
Can be interpreted as at least one element consisting of the following groups.

領域である視床下核−淡蒼球外節の接続部分が、運動しているニューロン群の例として使用され得る。この接続部分は、病気が原因でペースメーカとして機能し、異常に律動する同期活動を生成できる。生成された同期活動は、大脳、例えば運動野のニューロン活動を制御する。この運動野は、ここでは運動したニューロン群と呼ばれ得、筋肉にも接続されていて、これらの筋肉の活動を制御する。   The region, the subthalamic nucleus-palm bulb outer segment junction, can be used as an example of a moving neuron group. This connection can act as a pacemaker due to illness and generate anomalous synchronized activity. The generated synchronous activity controls neuronal activity in the cerebrum, for example, the motor area. This motor area, which can be referred to here as a group of motorized neurons, is also connected to muscles and controls the activity of these muscles.

デカップリング刺激:
本発明の意味でのデカップリング刺激は、活動したニューロン群に対する活動しているニューロン群の異常に活動している効果が、機能しないように、すなわち症状の原因にならないように、この効果を最小限にする刺激と解される。
Decoupling stimulus:
Decoupling stimulation in the sense of the present invention minimizes this effect so that the abnormally active effect of the active neuron group on the active neuron group does not function, i.e. does not cause symptoms. It is understood as a stimulus to limit.

目標ニューロン群:
以下の明細書中では、目標ニューロン群は、植え込まれた刺激電極によって直接刺激される神経細胞群と解される。目標ニューロン群が、神経細胞群内又はその近くに植え込まれた電極によって直接刺激される。デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群が、直接又は間接に刺激される。
Target neuron group:
In the following specification, the target neuron group is understood as a neuron group that is directly stimulated by the implanted stimulation electrode. The target neuron group is stimulated directly by electrodes implanted in or near the neuron group. The group of neurons to be decoupled and / or made asynchronous can be stimulated directly or indirectly.

直接刺激:
この場合、刺激電極2は、デカップリングすべき領域内又は非同期にすべき領域内に直接設置される。この電極2は、デカップリングすべき領域内又は非同期にすべき領域内に位置する目標ニューロン群に影響する。
Direct stimulation:
In this case, the stimulation electrode 2 is placed directly in the region to be decoupled or in the region to be asynchronous. This electrode 2 affects the target neuron group located in the region to be decoupled or in the region to be asynchronous.

間接刺激:
この場合、デカップリングすべき領域又は非同期にすべき領域が、刺激電極2によって直接刺激されない。この代わりに、デカップリングすべき領域又は非同期にすべき領域の近くに機能的に接続されている目標ニューロン群又は神経繊維束が、電極2によって刺激される。この過程では、デカップリングすべき領域又は非同期にすべき領域に対する刺激の効果が、好ましくは解剖学的な接続部分を解してもたらされる。間接刺激に対しては、用語である目標領域が、目標ニューロン群及び神経繊維束に対する上位概念として採用される。用語である目標領域は、以下では植え込まれた電極2によって直接刺激されるデカップリングすべき又は非同期にすべき領域に密接に関連するニューロン群及び接続している神経線維束と解される。
Indirect stimulation:
In this case, the region to be decoupled or the region to be asynchronous is not directly stimulated by the stimulation electrode 2. Instead, a target neuron group or nerve fiber bundle functionally connected near the region to be decoupled or to be desynchronized is stimulated by the electrode 2. In this process, the effect of stimulation on the region to be decoupled or unsynchronized is preferably brought about through anatomical connections. For indirect stimulation, the term target area is adopted as a superordinate concept for target neuron groups and nerve fiber bundles. The term target area is understood in the following as a group of neurons closely connected to the area to be decoupled or desynchronized directly stimulated by the implanted electrode 2 and the connected nerve fiber bundles.

時間遅延:
信号が、本発明の装置によって刺激電極2に転送される。これらの信号は、第3.2章にしたがって測定され場合によっては処理されるより早い時点に対するニューロン活動(=フィードバック刺激信号)に相当され得る。この時間シフトは、以下では時間遅延と呼ばれ、刺激周期Tに関連する重要な刺激パラメータを示す。この刺激周期Tは、律動するニューロン活動の周期に一致する。
Time delay:
A signal is transferred to the stimulation electrode 2 by the device of the invention. These signals may correspond to neuronal activity (= feedback stimulus signals) for earlier time points measured according to chapter 3.2 and possibly processed. This time shift, hereinafter referred to as time delay, represents an important stimulation parameter related to the stimulation period T. This stimulation period T coincides with the period of rhythmic neuronal activity.

フィードバック刺激信号:
刺激信号又は刺激信号は、測定され処理されるニューロン活動を示し、刺激に対する基礎として使用される信号と解される。処理ステップが、例えば第3.3章中に記されているように実施される。刺激信号は、処理されるニューロン活動から構成され、デカップリングすべき脳領域又は非同期にすべき脳領域を刺激するために使用される。フィードバック刺激信号を生成するためには、測定信号を場合によっては互いに関係しない幾つかの処理ステップによって異なる処理パラメータ(特に異なる時間遅延)で作ることが必要である。津でこれらの測定信号は、実際の刺激信号を生成するために例えば加算及び/又は乗算及び/又は除算及び/又は減算され及び/又はその他の非線形関数によって計算される。刺激が、フィードバック刺激信号から生成され、その後に電極によって目標ニューロン群に印加される。
Feedback stimulus signal:
A stimulus signal or stimulus signal is understood as a signal that indicates the neuronal activity measured and processed and is used as a basis for the stimulus. The processing steps are performed, for example, as described in Chapter 3.3. The stimulation signal consists of the neuronal activity to be processed and is used to stimulate the brain region to be decoupled or to be asynchronous. In order to generate a feedback stimulus signal, it is necessary to produce the measurement signal with different processing parameters (especially different time delays), possibly by several processing steps which are not related to each other. These measurement signals are calculated, for example, by addition and / or multiplication and / or division and / or subtraction and / or by other non-linear functions to generate the actual stimulus signal. Stimulation is generated from the feedback stimulation signal and then applied to the target neuron group by the electrode.

結果として生じる刺激の影響
デカップリングすべき又は非同期にすべきニューロン群に対する結果として生じる刺激の影響は、デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群に印加される外部の力の和と解される。第3.1章によれば、本発明の装置の実施形では、活動したニューロン群が、直接刺激又は関節刺激によって活動しているニューロン群からデカップリングされる。この場合、デカップリングすべきニューロン群に対する結果として生じる刺激の影響は、刺激信号と活動しているニューロン群とのカップリングの活動している作用している力との和である。本発明の装置の別の実施形のでは、非同期にすべき活動しているニューロン群が、刺激によって非同期にされる。非同期にすべきニューロン群に対する結果として生じる刺激の影響は、ここでは刺激信号だけである。第5章中に記された自律制御する要求制御に起因して、デカップリングすべきニューロン群又は非同期にすべきニューロン群に対する結果として生じる刺激の影響の振幅が、成功したデカップリング及び/又は非同期後に自動的に最小限になる。
Resulting stimulus effects The effect of the resulting stimulus on the group of neurons to be decoupled or desynchronized is the sum and solution of external forces applied to the group of neurons to be decoupled and / or desynchronized. Is done. According to Chapter 3.1, in an embodiment of the device of the invention, the activated neuron group is decoupled from the active neuron group by direct stimulation or joint stimulation. In this case, the effect of the resulting stimulus on the group of neurons to be decoupled is the sum of the active acting force of the coupling between the stimulus signal and the active group of neurons. In another embodiment of the device of the present invention, the active neurons that are to be desynchronized are desynchronized by the stimulus. The only effect of the resulting stimulus on the group of neurons to be asynchronous is here the stimulus signal. Due to the autonomous control requirement control described in Chapter 5, the amplitude of the resulting stimulus effect on the neuron group to be decoupled or the neuron group to be decoupled may result in successful decoupling and / or asynchrony. Minimized automatically later.

3 刺激方法及び刺激の形態
3.1デカップリング及び非同期方法
脳領域内で異常に同期するニューロン群が、活動している力としての律動活動によって後続する別のニューロン群に作用する。その結果、図4中に概略的に示されたように、「活動しているニューロン群−活動したニューロン群」の形態の相互作用が、ニューロン群間で得られる。作用している力が十分強い場合、活動したニューロン群も同期される。このことは、異常な症状を引き起こしうる。このことは、前運動野又は運動野の場合と同様に運動したニューロングが筋肉を制御する時に起きる。
3 stimulation methods and forms of stimulation
3.1 Decoupling and Asynchronous Methods A group of neurons that are abnormally synchronized in the brain region act on another group of neurons that follow by rhythmic activity as an active force. As a result, as schematically shown in FIG. 4, an interaction in the form of “active neuron group-active neuron group” is obtained between the neuron groups. If the acting force is strong enough, the activated neurons are also synchronized. This can cause abnormal symptoms. This occurs when a neuron that has moved in the same way as in the pre-motor area or motor area controls the muscle.

第1章中に記したように、本発明の装置及び本発明の刺激方法の目的は、異常に同期するニューロン活動を期待通りに抑制することである。デカップリングする刺激モードの場合、活動したニューロン群2が、活動しているニューロン群1からデカップリングされて非同期にされる。又は非同期にする刺激モードの場合、活動しているニューロン群1が、この目的のために非同期にされる。   As noted in Chapter 1, the purpose of the device of the present invention and the stimulation method of the present invention is to suppress abnormally synchronized neuronal activity as expected. In the decoupling stimulus mode, the activated neuron group 2 is decoupled from the active neuron group 1 and made asynchronous. Or, in the case of the stimulus mode to be asynchronous, the active neuron group 1 is made asynchronous for this purpose.

デカップリングする刺激モードでは、活動したニューロン群2が、刺激電極によって第3.4章及び第4.1章にしたがって直接又は間接に刺激される。この刺激は、活動しているニューロン群1からニューロン群をデカップリングする。その結果、ニューロン群が非同期にされる。   In the decoupling stimulation mode, the activated neuron group 2 is stimulated directly or indirectly by the stimulation electrode according to chapters 3.4 and 4.1. This stimulus decouples the neuron group from the active neuron group 1. As a result, the neurons are made asynchronous.

非同期にすべき刺激モードでは、活動しているニューロン群1が、刺激電極によって直接又は間接に刺激される。ニューロン群1が、この刺激によって非同期にされる。その結果、ニューロン群2に対して作用する力が消滅する。ニューロン群2も非同期にされる。その結果、異常な症状が抑制される。ニューロン群2自体が同期する場合、このニューロン群2は、活動しているニューロン群のように直接に非同期にされる必要がある。   In the stimulation mode to be asynchronous, the active neuron group 1 is stimulated directly or indirectly by the stimulation electrode. Neuron group 1 is made asynchronous by this stimulus. As a result, the force acting on the neuron group 2 disappears. Neuron group 2 is also made asynchronous. As a result, abnormal symptoms are suppressed. If the neuron group 2 itself is synchronized, this neuron group 2 needs to be made asynchronous directly, like the active neuron group.

第5章によれば、刺激信号の自律制御する要求制御が、上述した2つの刺激方法で起こる。この場合、刺激されたニューロン群に対して結果として生じる刺激の影響が自動的に最小にされる。第2章によれば、デカップリングする刺激モードで活動したニューロン群に対して結果として生じる刺激の影響は、刺激信号と活動しているニューロン群の作用する力との和である。非同期にする刺激モードでは、活動しているニューロン群に対して結果として生じる刺激の影響は、専ら刺激信号の影響である。   According to Chapter 5, request control for autonomous control of a stimulus signal occurs in the two stimulus methods described above. In this case, the effect of the resulting stimulus on the stimulated neuron group is automatically minimized. According to Chapter 2, the effect of the resulting stimulus on a group of neurons activated in the decoupling stimulus mode is the sum of the stimulus signal and the acting force of the active group of neurons. In the asynchronous stimulus mode, the resulting stimulus effect on the active neurons is exclusively the effect of the stimulus signal.

以下で、本発明の装置の実施形、すなわちデカップリングする刺激モードを例示的に説明する。この場合、デカップリングすべきニューロン群が、直接又は間接刺激によって活動しているニューロン群からデカップリングされる。本発明の装置のその他の実施形は、第8章中に記載されている。   In the following, an embodiment of the device according to the invention, i.e. a stimulation mode for decoupling, will be described by way of example. In this case, the neuron group to be decoupled is decoupled from the active neuron group by direct or indirect stimulation. Other embodiments of the device of the present invention are described in Chapter 8.

3.2ニューロン活動の測定
デカップリングすべき及び/又は活動している領域のニューロン活動の経時変化が、センサ3によって直接及び/又は間接に測定され得る。間接測定では、デカップリングすべき領域及び/又は活動している領域によって影響される筋肉群の活動の経時変化及び/又はデカップリングすべき領域及び/又は活動している領域に割り当てられたニューロン群の活動の経時変化が、センサ3のうちの少なくとも1つのセンサによって測定される。センサ3(図1参照)は、脳内及び/又は脳の外側に設置される。脳内では、これらのセンサ3は、デカップリングすべき及び/又は活動している領域内に及び/又はこれらの領域に機能的に繋がっている少なくとも1つのその他の領域内に位置決めされている。脳の外側では、センサ3は、異常に同期するニューロン活動に関係する身体の一部に設置されている、例えば電極として震えている筋肉に対して設置される。ニューロン群のニューロン活動、例えば(ニューロン活動とも呼ばれる、第2章参照)筋肉の活動の測定信号が、信号処理装置4内で処理され記憶される。測定,処理及び記憶は、持続して又は離散した期間間隔で実施され得る。離散した時間間隔では、期間及び/又は離散した測定間隔が、決定論的及び/又は確率論的なアルゴリズムによって決定される。
3.2 Measurement of neuronal activity The time course of neuronal activity in the area to be decoupled and / or active can be measured directly and / or indirectly by the sensor 3. In indirect measurements, the time course of the activity of the muscle groups affected by the area to be decoupled and / or the active area and / or the neuron groups assigned to the area to be decoupled and / or the active area The time course of the activity is measured by at least one of the sensors 3. The sensor 3 (see FIG. 1) is installed in the brain and / or outside the brain. In the brain, these sensors 3 are positioned in the area to be decoupled and / or in the active area and / or in at least one other area operatively connected to these areas. Outside the brain, the sensor 3 is placed on a muscle that is placed on a part of the body involved in neuronal activity that synchronizes abnormally, eg trembling as an electrode. The measurement signal of the neuron activity of the neuron group, for example, the muscle activity (also called neuron activity, see Chapter 2) is processed and stored in the signal processor 4. Measurement, processing and storage can be performed continuously or at discrete time intervals. In discrete time intervals, the duration and / or discrete measurement intervals are determined by deterministic and / or probabilistic algorithms.

3.3ニューロン測定信号の処理
次いで信号処理装置4内に記憶された測定信号が、処理されてフィードバック刺激信号として使用される。以下の処理ステップが使用され得る:
1.測定されたニューロン活動が濾波され得る。例えば、ニューロン活動が帯域濾波され得る。病気に関する活動に加えて、例えば別のニューロン群からのさらに病気に関しない活動が、センサ3によって測定される場合に、この濾波が必要になりうる。病気に関する活動は、一般に病気に関しない活動と異なる周波数領域内で発生するので、この場合好ましくは、病気に関する周波数領域内の活動が検出される。このことは、例えば周波数分析によって実現される。同様に、ウェーブレット分析及び/又はヒルベルト変換及び/又は時間領域内の濾波を実施することも必要である。
3.3 Processing of the neuron measurement signal The measurement signal stored in the signal processor 4 is then processed and used as a feedback stimulus signal. The following processing steps can be used:
1. The measured neuronal activity can be filtered. For example, neuronal activity can be bandpass filtered. In addition to disease-related activity, this filtering may be necessary if, for example, further disease-related activity from another group of neurons is measured by the sensor 3. Since activity related to illness generally occurs in a different frequency range than activity not related to illness, activity in the frequency domain related to illness is preferably detected in this case. This is realized, for example, by frequency analysis. Similarly, it is also necessary to perform wavelet analysis and / or Hilbert transform and / or filtering in the time domain.

2.デカップリングすべきニューロン群及び/又は非同期にすべきニューロン群のニューロン活動が、多数のセンサ3によって測定される場合、測定されたニューロン活動が、線形及び/又は非線形に結合され得る。例えば、測定されたニューロン信号が互いに又はそれ自体が、乗算,除算,加算及び/又は減算され、及び/又はその他の非線形関数によって変換される。   2. If the neuronal activity of a group of neurons to be decoupled and / or a group of neurons to be desynchronized is measured by a number of sensors 3, the measured neuron activity can be combined linearly and / or non-linearly. For example, the measured neuron signals may be multiplied, divided, added and / or subtracted from each other or themselves and / or transformed by other non-linear functions.

3.測定されたニューロン活動は、時間遅延する。これに対して使用される時間遅延は、第3.4章中に定義され、第7.3章にしたがうデカップリングすべきニューロン群に関する刺激電極の位置も考慮する。さらに時間遅延は、好ましくは第7.2.1及び7.2.2章にしたがう刺激の間に適合され得る。   3. The measured neuronal activity is time delayed. The time delay used for this is defined in chapter 3.4 and also takes into account the position of the stimulation electrode with respect to the group of neurons to be decoupled according to chapter 7.3. Furthermore, the time delay can be adapted during stimulation, preferably according to chapters 7.2.1 and 7.2.2.

4.測定されたニューロン活動が増幅される。測定されたニューロン活動は、一般に経験にしたがって刺激作用を招く刺激振幅よりも数オーダーだけ小さい。それ故に、第7.2.3章にしたがう刺激によって適合され得る増幅を実施する必要がある。   4). The measured neuronal activity is amplified. The measured neuronal activity is generally several orders of magnitude smaller than the stimulus amplitude that causes the stimulus effect according to experience. It is therefore necessary to perform amplification that can be accommodated by stimulation according to chapter 7.2.3.

5.測定されたニューロン活動は、時間的にコード化される。高い勾配を有する信号は、ニューロンの動特性に大きく作用するので、測定されたニューロン活動は、例えば複数の短い矩形パルスから構成されたパルス列つまり低周波パルス列又は高周波パルス列の形態でコード化される。刺激作用を向上させるため、その他のコード化方法を使用してもよい。   5. The measured neuronal activity is encoded in time. Since a signal with a high gradient has a great influence on the dynamic characteristics of the neuron, the measured neuronal activity is encoded in the form of a pulse train composed of a plurality of short rectangular pulses, for example a low-frequency pulse train or a high-frequency pulse train. Other encoding methods may be used to improve stimulation.

6.ニューロン活動の極性は変化する。   6). The polarity of neuronal activity changes.

7.ニューロン活動は、線形及び/又は非線形に変換される。このことは、例えばヒルベルト変換及び/又はフーリエ変換及び/又はウェーブレット変換によって実施され得る。   7. Neuronal activity is converted linearly and / or non-linearly. This can be done, for example, by a Hilbert transform and / or a Fourier transform and / or a wavelet transform.

8.刺激信号の最大振幅は制限される。   8). The maximum amplitude of the stimulus signal is limited.

9.総荷電入力(net charge input)がほぼ零である刺激信号が生成されるように、測定された信号が変換される。   9. The measured signal is converted so that a stimulus signal is generated with a net charge input of approximately zero.

10.測定されたニューロン活動は、フィードバック刺激信号として直接使用される。   10. The measured neuronal activity is used directly as a feedback stimulus signal.

処理されたニューロン活動つまりフィードバック刺激信号は、上述した処理ステップのうちの少なくとも1つの要素を使用することによって算出される。例えば、刺激信号は、常に同じ処理ステップを使用して、測定されたニューロン活動から生成され得る。一組の処理ステップ及び/又はそれらのパラメータも、決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって時間的に変更され得る。   The processed neuronal activity or feedback stimulus signal is calculated by using at least one element of the processing steps described above. For example, stimulation signals can always be generated from measured neuronal activity using the same processing steps. A set of processing steps and / or their parameters are also changed in time by a deterministic algorithm and / or a stochastic algorithm and / or an algorithm that combines a deterministic algorithm and a stochastic algorithm. obtain.

3.4刺激の形態
刺激は、電極2によって印加され、1つの時間間隔内に作用する刺激と解される。刺激を作るため、フィードバック刺激信号、すなわち第3.3章にしたがって処理されるニューロン活動が使用される。刺激を生成するため、刺激信号が互いに又はそれ自体が、乗算,除算,加算及び/又は減算され、及び/又はその他の非線形関数によって変換される。ニューロン活動の処理の間に使用される時間遅延は、例えば振動するデカップリングすべき及び/又は活動しているニューロン活動の周期の一部として与えられ、好ましくは主に周期のN分の1の倍数である。この場合、Nは、小さい整数、例えば2である。刺激信号の時間遅延は、刺激周期Tより大きく選択してもよい。本発明の装置は、刺激を作るための多数の好ましくは異なる時間遅延を使用する可能性も提供する。結果として生じる時間遅延したフィードバック刺激信号は、線形及び/又は非線形に結合して刺激を作る。
3.4 Stimulus Morphology Stimulation is understood as stimulation applied by electrode 2 and acting within one time interval. To create a stimulus, a feedback stimulus signal, ie neuronal activity processed according to Chapter 3.3, is used. To generate the stimulus, the stimulus signals can be multiplied, divided, added and / or subtracted from each other or themselves and / or transformed by other non-linear functions. The time delay used during the processing of the neuronal activity is given, for example, as part of a period of neuronal activity to be oscillated decoupled and / or active, and is preferably primarily 1 / Nth of the period. Is a multiple. In this case, N is a small integer, for example 2. The time delay of the stimulation signal may be selected to be greater than the stimulation period T. The device of the present invention also offers the possibility to use a number of preferably different time delays for creating the stimulus. The resulting time delayed feedback stimulus signal is combined linearly and / or non-linearly to create a stimulus.

このため、本発明の装置は、説明した方法で電気刺激を印加する手段を有する。この手段は、電極2及びこれらの刺激を出力するための制御信号を電極2に送る制御システム4である。さらにセンサ3及び信号処理装置4である。この信号処理装置4は、ニューロン活動を受信し、このニューロン活動を刺激としてさらに使用するために準備する。刺激は、好ましくは生成され、その総荷電入力はほぼ零である。   For this reason, the device of the present invention comprises means for applying electrical stimulation in the manner described. This means is the control system 4 which sends to the electrode 2 a control signal for outputting the electrode 2 and these stimuli. Further, a sensor 3 and a signal processing device 4 are provided. This signal processor 4 receives neuronal activity and prepares this neuronal activity for further use as a stimulus. The stimulus is preferably generated and its total charge input is approximately zero.

例えば、電極2は、第3.3章にしたがって同じに処理されたニューロン活動の形態の同じ刺激によって制御され得る。電極2は、異なる刺激信号及び/又は刺激信号の組み合わせによって及び/又は異なる変換によって及び/又は刺激信号を組み合わせて制御されてもよい。   For example, the electrode 2 can be controlled by the same stimulus in the form of neuronal activity that has been treated in accordance with chapter 3.3. The electrode 2 may be controlled by different stimulation signals and / or combinations of stimulation signals and / or by different transformations and / or combinations of stimulation signals.

順序及び/又は種類及び/又はエネルギー入力及び/又は刺激のパラメータは、決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって決定され得る。処理ステップ、第3.3章参照、で使用される使用時間遅延及び/又は極性及び/又は印加周期及び/又は刺激の強度は、システム的に又はランダムに、すなわち決定論的な規則又は確率論的な規則にしたがって制御され得る。このため、本発明の装置は、制御システムを有する。この制御システムが、刺激の処理ステップの時間遅延及び/又は極性及び/又は印加周期及び/又は強度を決定論的及び/又は確率論的に制御するように、この制御システムはプログラミングされている。   The order and / or type and / or energy input and / or stimulation parameters can be determined by a deterministic algorithm and / or a stochastic algorithm and / or an algorithm that combines a deterministic algorithm and a stochastic algorithm. Can be determined. The time delay of use and / or polarity and / or the application period and / or the intensity of the stimuli used in the processing steps, see chapter 3.3, are systematically or randomly, ie deterministic rules or probability theory. Can be controlled according to general rules. For this reason, the device of the present invention has a control system. The control system is programmed such that it controls the time delay and / or polarity and / or application period and / or intensity of the stimulation processing steps deterministically and / or stochastically.

刺激信号の処理ステップ内部の時間遅延及び/又は極性及び/又は印加期間及び/又は強度を変更することによって、同じ治療作用を得るために刺激強度を増大させるニューロン群内の順応プロセスが防止され得る。   By changing the time delay and / or polarity and / or duration of application and / or intensity within the processing step of the stimulation signal, an adaptation process within the neuron group that increases the stimulation intensity to obtain the same therapeutic effect may be prevented. .

電極及びセンサの空間配置
4.1刺激電極
好ましくは電極2が、刺激に使用される。電極2が、デカップリングすべき神経細胞群内に位置決めされている場合、電極が、デカップリングすべき全ての神経細胞群を刺激するために使用され得るように、この電極は好ましく配置されなければならない。このことは、電極を幾何学的に位置決めすることによって実現され得る。例えば、電極2は、デカップリングすべき領域の中心に位置決めされ得る。
4. Spatial arrangement of 4 electrodes and sensors 4.1 Stimulation electrode Preferably the electrode 2 is used for stimulation. If electrode 2 is positioned in a group of neurons to be decoupled, this electrode must be preferably arranged so that the electrode can be used to stimulate all the groups of neurons to be decoupled. Don't be. This can be achieved by geometrically positioning the electrodes. For example, the electrode 2 can be positioned in the center of the region to be decoupled.

電極2が、デカップリングすべき神経細胞群内に位置決めされていない場合、この刺激の形態では、刺激が、デカップリングすべき領域と異なる目標領域内に印加される。このとき、間接刺激が、デカップリングすべき神経細胞群と異なるニューロン群を刺激することによって及び/又はデカップリングすべき神経細胞群につながっている神経線維束を刺激することによって印加され得る。   If the electrode 2 is not positioned in the group of neurons to be decoupled, in this form of stimulation, the stimulation is applied in a target area that is different from the area to be decoupled. At this time, indirect stimulation can be applied by stimulating a group of neurons different from the group of neurons to be decoupled and / or by stimulating a nerve fiber bundle that is connected to the group of neurons to be decoupled.

4.2センサの数
本発明の装置のメカニズムは、第1及び3章中に記されているように、デカップリングすべきニューロン群及び/又は活動したニューロン群の測定され処理されたニューロン活動が刺激として再び印加されるように本質的に構成されている。センサ3は、本発明の装置の最も重要な要素であり、デカップリングすべきニューロン群及び活動しているニューロン群の外側又は好ましくはデカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群内に直接位置決めされ得る。ただ1つのセンサ3だけが、好ましくはデカップリングすべきニューロン群及び活動しているニューロン群の活動を検出するために使用される。その結果、植え込まれるべきセンサの数が、可能な限り少なく保持されて、植え込みの間の不要な組織の損傷、特に脳の出血を阻止する。デカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群のニューロン活動を、測定された活動の組み合わせとしてより完全に再現できるようにするため、例えば2つ又は3つのセンサを使用してもよい。
4.2 Number of Sensors The mechanism of the device of the present invention is that the measured and processed neuronal activity of the neuron group to be decoupled and / or the activated neuron group, as described in chapters 1 and 3, Essentially configured to be reapplied as a stimulus. The sensor 3 is the most important element of the device according to the invention and is outside the group of neurons to be decoupled and active, or preferably in the group of neurons to be decoupled and / or in the group of active neurons. Can be positioned directly. Only one sensor 3 is preferably used to detect the activity of the neurons to be decoupled and the active neurons. As a result, the number of sensors to be implanted is kept as low as possible to prevent unwanted tissue damage during implantation, particularly brain bleeding. In order to be able to more fully reproduce the neuronal activity of the group of neurons to be decoupled and / or the group of active neurons, for example, two or three sensors may be used. .

さらに、少なくとも1つのセンサ3及び刺激電極2が、植え込むべき1つの電極に結合して一体にすることによって、植え込みに起因して起こりうる脳の損傷が、さらに低減されるか又は阻止され、刺激の効果が改善される。   Furthermore, the at least one sensor 3 and the stimulation electrode 2 are combined and united with one electrode to be implanted, thereby further reducing or preventing brain damage that may occur due to implantation. The effect is improved.

全てのセンサ3が、デカップリングすべき神経細胞群及び/又は活動している神経細胞群内に位置決めされている場合、デカップリングすべき神経細胞群及び/又は活動している神経細胞群の大部分が、これらのセンサによって検出され得るように、これらのセンサ3は好ましく配置されなければならない。このことは、デカップリングすべき組織及び/又は活動している組織を考慮したセンサの幾何学配置によって実現され得る。センサ3を1つだけ配置する場合、このセンサ3は、例えば組織の中心に設置され得る。多数のセンサを配置する場合、これらのセンサは、例えば対称に配置され得る。   If all the sensors 3 are positioned in the neuron group to be decoupled and / or the active neuron group, the majority of the neuron group to be decoupled and / or the active neuron group These sensors 3 should preferably be arranged so that a part can be detected by these sensors. This can be achieved by a sensor geometry that takes into account the tissue to be decoupled and / or the active tissue. When only one sensor 3 is arranged, this sensor 3 can be installed at the center of the tissue, for example. When arranging a large number of sensors, these sensors can be arranged symmetrically, for example.

少なくとも1つのセンサ3が、デカップリングすべき神経細胞群及び/又は活動している神経細胞群内に位置決めされていない場合、活動測定のこの形態では、デカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群のニューロン活動に関連する活動が、デカップリングすべき領域及び活動している領域と異なる少なくとも1つの領域内で測定される。第3.2章中で記したように、間接測定は、デカップリングすべき神経細胞群及び/又は活動している神経細胞群と異なるニューロン群及び/又はデカップリングすべき神経細胞群及び/又は活動している神経細胞群につながっている神経線維束及び/又は身体の一部の活動を測定することによって実施され得る。   In this form of activity measurement, at least one sensor 3 is not positioned in the group of neurons to be decoupled and / or in the group of neurons that are active, in this form of activity measurement the group of neurons to be decoupled and / or active. The activity associated with the neuronal activity of a group of neurons is measured in at least one region different from the region to be decoupled and the active region. As noted in chapter 3.2, indirect measurements may be performed on different neuronal groups to be decoupled and / or different from active neuronal groups and / or neuronal groups to be decoupled and / or It can be performed by measuring the activity of nerve fiber bundles and / or parts of the body that are connected to active nerve cell populations.

5 刺激信号の自律制御する要求制御
本発明の装置のメカニズムの最も重要な特徴の1つは、刺激信号の自律制御すする要求制御である。
5 Request Control for Autonomous Control of Stimulus Signal One of the most important features of the mechanism of the apparatus of the present invention is request control for autonomous control of the stimulus signal.

説明した自律制御は、刺激が処理されるニューロン活動から成ることの事実に起因して実施される。デカップリングすべき領域内のより強く同期する活動の場合及び/又はデカップリングすべき領域の活動しているニューロングとのカップリングの場合、当業者に既知のように、測定されるニューロン活動の大きい変化が期待できる。このことは、増大した刺激振幅を有する本発明にしたがって時間遅延した刺激を直接招く。印加された刺激信号の力は、本発明にしたがってつまり内部同期の力及び/又はデカップリングすべき領域の活動しているニューロン群とのカップリングの力を補償する。その結果、デカップリングすべきニューロン群が、デカップリングされ非同期にされる。これによって、デカップリングすべきニューロン群に対して結果として生じる刺激の影響、すなわち刺激とカップリングとの和が、独自に最小になる。デカップリング及び非同期後に、僅かに変化したニューロン活動が期待される。その結果、刺激信号が、直接に影響されて独立して適合される。新たなカップリング及び/又は再同期が再び起きた場合、ニューロン活動のより大きい変化が、より強い刺激を作ることによって、本発明の装置は、デカップリング及び/又は非同期にする刺激の高まった要求を自動的に考慮する。このことは、本発明の装置の自律制御する要求制御を表す。   The described autonomous control is implemented due to the fact that the stimulus consists of neuronal activity that is processed. In the case of stronger synchronizing activity in the region to be decoupled and / or in the case of coupling to the active neuron in the region to be decoupled, as known to those skilled in the art, A big change can be expected. This directly leads to a time delayed stimulus according to the present invention with increased stimulus amplitude. The force of the applied stimulus signal compensates according to the invention, ie the force of internal synchronization and / or the coupling force with active neurons in the region to be decoupled. As a result, the group of neurons to be decoupled is decoupled and made asynchronous. This uniquely minimizes the effect of the resulting stimulus on the group of neurons to be decoupled, ie the sum of the stimulus and the coupling. Slightly altered neuronal activity is expected after decoupling and asynchrony. As a result, the stimulus signal is directly affected and adapted independently. When a new coupling and / or resynchronization occurs again, a greater change in neuronal activity creates a stronger stimulus, thereby allowing the device of the present invention to increase the demand for decoupling and / or desynchronization. Will be considered automatically. This represents request control for autonomous control of the device of the present invention.

自律制御する要求制御に基づくメカニズムは、以下で詳しく説明する本発明の装置の全ての実施形で効果を及ぼす。   A mechanism based on request control for autonomous control is effective in all embodiments of the device of the present invention, which will be described in detail below.

6 刺激印加の制御
刺激印加の時間制御は、好ましくは予めプログラミングされている本発明の装置の実施形と解される。刺激が、特定の方法で刺激装置8によって印加される。刺激印加の時間制御の変化は、持続して繰り返される必要に応じた刺激印加である。さらに手動の要求制御が、例えば患者又は医者によって実施される刺激印加に対して実行され得る。
6 Stimulation Application Control Stimulation application time control is understood as an embodiment of the device of the invention, which is preferably pre-programmed. Stimulation is applied by the stimulator 8 in a specific way. The change in the time control of the stimulus application is a stimulus application according to the need to be repeated continuously. In addition, manual demand control can be performed for stimulus application performed, for example, by a patient or doctor.

6.1 持続する刺激印加
持続する刺激印加では、本発明の装置は、制御システムを有する。この制御システムが、刺激を電極2で連続して印加するように、この制御システムはプログラミングされている。持続する刺激印加は、本発明の装置の最も簡単で容易に実施される実施形を表す。同時に、第5章中に記された本発明の自律制御する要求制御に金して、持続する刺激は、デカップリングすべきニューロン群内に入力される少ないエネルギーで良好なデカップリング及び非同期の効果を提供する。
6.1 Sustained stimulus application For sustained stimulus application, the device of the present invention has a control system. The control system is programmed so that the control system applies the stimulus continuously at the electrode 2. Sustained stimulus application represents the simplest and most easily implemented embodiment of the device of the present invention. At the same time, in spite of the autonomous control requirements control of the present invention described in Chapter 5, sustained stimulation is a good decoupling and asynchronous effect with less energy input into the neurons to be decoupled. I will provide a.

強度パラメータが、持続する刺激印加の間に第7.2.3章にしたがって適合され得る。同様に、時間パラメータ−刺激周期T及び/又は時間遅延−が、持続刺激の間に第7.2.1章及び第7.2.2章にしたがって刺激強度の適合と組み合わせて又はこれに関係なく適合され得る。   Intensity parameters can be adapted according to chapter 7.2.3 during continuous stimulation application. Similarly, the time parameter—stimulus period T and / or time delay—is combined with or related to the adaptation of the stimulus intensity according to chapters 7.2.1 and 7.2.2 during sustained stimulation. Can be adapted without any problems.

6.2 繰り返す刺激印加
繰り返す刺激印加では、本発明の装置は、制御システムを有する。この制御システムが、刺激を特定の時間間隔の間だけに電極2で印加するように、この制御システムはプログラミングされている。刺激が、これらの時間間隔以外ではない。繰り返す刺激印加では、刺激が、時間的に正確に周期的に又は時間的に非周期的に与えられ得る。この実施形では、本発明の装置は、制御システムを有する。この制御システムが、刺激間隔間の時間間隔及び/又は期間を周期的に及び/又は非周期的に制御するように、この制御システムはプログラミングされている。デカップリングすべきニューロン群の希望するデカップリングされ非同期にされた状態を実現するため、刺激の一時的に非周期なシーケンスが、決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって生成され得る。同様に以下では、決定論的な規則と確率論的な規則との組み合わせは、関数的な関係と解される。この関係では、決定論的な用語と確率論的な用語とは、例えば加算及び/又は乗算によって互いに関数的につながっている。
6.2 Repeated stimulus application For repeated stimulus application, the device of the present invention has a control system. The control system is programmed so that the control system applies a stimulus at electrode 2 only during a specific time interval. The stimulus is not other than these time intervals. With repetitive stimulation, the stimulation can be applied periodically periodically in time or aperiodically in time. In this embodiment, the device of the present invention has a control system. The control system is programmed so that the control system controls the time intervals and / or periods between stimulation intervals periodically and / or aperiodically. In order to achieve the desired decoupled and desynchronized state of the group of neurons to be decoupled, a temporally non-periodic sequence of stimuli is deterministic and / or stochastic algorithm and / or decision It can be generated by an algorithm that combines a theoretical algorithm and a stochastic algorithm. Similarly, in the following, the combination of deterministic rules and probabilistic rules is understood as a functional relationship. In this relationship, deterministic terms and probabilistic terms are functionally connected to each other, for example, by addition and / or multiplication.

刺激間隔及び測定間隔は、重なって又は同時に又は時間的に隔てて配置され得る。強度パラメータが、繰り返す刺激印加の間に第7.2.3章にしたがって適合され得る。同様に、時間パラメータ−刺激周期T及び/又は時間遅延−が、繰り返す刺激の間に第7.2.1章及び第7.2.2章にしたがって刺激強度の適合と組み合わせて又はこれとは無関係に適合され得る。   Stimulation intervals and measurement intervals can be placed one on top of the other or simultaneously or separated in time. Intensity parameters can be adapted according to chapter 7.2.3 during repeated stimulation application. Similarly, the time parameter—stimulation period T and / or time delay—is combined with or in combination with stimulation intensity adaptation according to chapters 7.2.1 and 7.2.2 between repeated stimuli. Can be adapted independently.

6.3要求制御される刺激印加
要求制御される刺激印加では、本発明の装置は、制御システムを有する。この制御システムが、刺激のオン・オフの切り替えをデカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群の特定の状態にしたがって実施するように、この制御システムはプログラミングされている。このため、制御装置4は、異常な特徴を検出する測定信号及び/又は刺激信号を使用する。刺激は、例えば以下に記すようにオンに切り替えられる。
6.3 Stimulus application controlled on demand In the case of demand controlled stimulation application, the device of the present invention has a control system. The control system is programmed in such a way that the on / off switching of the stimulus is performed according to the specific state of the neuron group to be decoupled and / or the active neuron group. For this reason, the control device 4 uses a measurement signal and / or a stimulation signal for detecting an abnormal feature. The stimulus is switched on, for example as described below.

デカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群の活動が、センサ3によって測定される。ニューロン活動が、信号を処理し及び/又は制御する装置4に転送されるこの装置4は、特に異常な特徴を検出する手段として働く。信号を処理し及び/又は制御する装置4が、ニューロン活動内の異常な特徴を検出した直後に、刺激の印加が開始される。異常な特徴が、刺激印加の効果に起因して消滅した直後に、刺激が好ましくオフに切り替えられる。それ故に本発明の装置は、可能な実施形では信号を処理し及び/又は制御/調整する装置4としてコンピュータを有する。このコンピュータは、データ媒体を有する。このデータ媒体は、病気のパターンのデータを記憶し、このデータを測定データと比較する。病気のパターンのデータは、刺激に関連するパラメータ及び測定値、例えばセンサ3によって測定されるニューロン活動の瞬間周波数,要求制御される刺激印加の方法に必要な閾値,刺激の強さを規定する刺激パラメータと解される。異常な特徴は、例えばデカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群の病気に関連する同期と解され、ニューロン活動の以下の特徴によって認識され得る:
a)例えば第3.2章及び第4.2章中に説明されている直接刺激のように、専ら又は主にデカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群の異常な活動が、センサ3によって測定される場合、ニューロン活動は、ニューロン活動の振幅が閾値を超えたかどうかを確認するために直接使用される。好適な実施形では、それ故に本発明の装置は、閾値に相当するニューロン活動の振幅の値を検出する手段を装備する。この場合、ニューロン活動自体及び/又はその値及び/又はその振幅が、好ましく閾値と比較される。この実施形では、閾値を検出する手段が、例えばニューロン活動自体及び/又はその値及び/又はその振幅を閾値と比較するように、この手段はプログラミングされている。振幅は、簡単な形態では信号の値を算定することによって及び/又は帯域通過濾波によって及び/又はヒルベルト変換によって及び/又はウェーブレット分析によって決定される。この場合、信号を処理する装置4が、信号の値の算定及び/又は帯域通過濾波及び/又はヒルベルト変換及び/又はウェーブレット分析を実施できるように、この信号を処理する装置4はプログラミングされている。振幅の計算が、明らかにより高い計算経費を意味し、振幅の算定が、ニューロン活動の個々の測定値に対して実施され得るのではなくて、当業者に既知の十分に大きい時間間隔内で実施される必要があるので、ニューロン活動又はその値が特に好ましく使用される。このことは、異常な特徴の認識を若干遅延できる。
The activity of the neurons to be decoupled and / or active neurons is measured by the sensor 3. This device 4 in which the neuronal activity is transferred to the device 4 for processing and / or controlling the signal, serves in particular as a means for detecting abnormal features. Immediately after the device 4 for processing and / or controlling the signal detects an abnormal feature in the neuronal activity, the application of the stimulus is started. Immediately after the abnormal feature disappears due to the effect of the stimulus application, the stimulus is preferably switched off. The device of the invention therefore comprises a computer as device 4 for processing and / or controlling / conditioning the signal in a possible embodiment. The computer has a data medium. The data medium stores disease pattern data and compares this data with measurement data. Disease pattern data includes parameters and measurements related to the stimulus, such as the instantaneous frequency of neuronal activity measured by the sensor 3, the threshold required for the controlled method of applying the stimulus, and the stimulus that defines the strength of the stimulus. It is interpreted as a parameter. Abnormal features may be interpreted as, for example, synchronization associated with disease of the neurons to be decoupled and / or active neurons and may be recognized by the following features of neuronal activity:
a) Abnormal activity in the group of neurons to be exclusively and / or decoupled and / or in the active group of neurons, eg directly stimulated as described in chapters 3.2 and 4.2 When measured by the sensor 3, the neuronal activity is directly used to check whether the amplitude of the neuronal activity has exceeded a threshold. In a preferred embodiment, the device of the invention is therefore equipped with means for detecting the value of the amplitude of neuronal activity corresponding to the threshold value. In this case, the neuronal activity itself and / or its value and / or its amplitude is preferably compared to a threshold value. In this embodiment, the means are programmed such that the means for detecting the threshold compares, for example, the neuronal activity itself and / or its value and / or its amplitude to the threshold. The amplitude is determined in a simple form by calculating the value of the signal and / or by band-pass filtering and / or by Hilbert transform and / or by wavelet analysis. In this case, the device 4 for processing this signal is programmed so that the device 4 for processing the signal can perform the calculation of the value of the signal and / or the bandpass filtering and / or the Hilbert transform and / or the wavelet analysis. . Amplitude calculations clearly represent a higher computational cost, and amplitude calculations can be performed on individual measurements of neuronal activity rather than within sufficiently large time intervals known to those skilled in the art. Neuronal activity or its value is particularly preferably used because it needs to be done. This can slightly delay the recognition of abnormal features.

b)例えば第3.2章及び第4.2章中に記された間接測定時のように、デカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群のこの異常な活動に加えて、病気に固有でない活動が、例えばその他のニューロン活動からセンサ3によって付加的に測定される場合、さらなるアルゴリズムのステップが、ニューロン活動の分析に挿入される必要がある。病気に固有な活動は、一般に病気に固有でない活動と異なる周波数範囲内で起こるので、この目的に対しては病気に固有の周波数内の活動を好ましく評価するだけで十分である。病気に固有な活動の周波数は、例えば、連続するトリガー点の差を算定することによって算定される。トリガー点は、最大値,最小値,分岐点及び零通過点のような点である。この分析は、好ましくは移動する時間窓内で実施される。多数の時間差の平均値が生成される。この平均値は、安定性を向上させる。この代わりに、周波数は、当業者に既知のスペクトル評価方法及び例えばフーリエ変換によるようなその他の周波数評価によって評価されてもよい。これに対して、本発明の装置は、特別な実施形ではスペクトル評価方法,フーリエ分析及び/又はウェーブレット分析等のような病気に固有な周波数範囲内の活動を評価する手段を有する。このことは、例えば周波数分析を実施する手段によって実施される。例えば病気に固有な周波数範囲内のスペクトルエネルギーが、移動窓内で算定され得る。この代わりに、病気に固有な周波数内の振幅が、帯域通過濾波後に帯域通過濾波された信号の最大値を算定することによって又は帯域通過濾波された信号の値の平均値を算定することによって及び/又はヒルベルト変換によって及び/又はウェーブレット変換によって算定されてもよい。このため、本発明の装置は、例えば振幅を帯域通過濾波する手段及び帯域通過濾波された信号の最大値を算定する手段及び/又は帯域通過濾波された信号の平均値を算定する手段及び/又はヒルベルト変換及び/又はヒルベルト変換及び/又はウェーブレット分析を実施する手段を有する。   b) In addition to this abnormal activity of the group of neurons to be decoupled and / or the group of active neurons, for example as in the indirect measurements described in chapters 3.2 and 4.2, If non-disease-specific activity is additionally measured by the sensor 3, for example from other neuronal activity, further algorithm steps need to be inserted into the analysis of neuronal activity. Since disease-specific activity generally occurs in a different frequency range than activity that is not disease-specific, it is sufficient to preferably evaluate activity within the frequency specific to the disease for this purpose. The frequency of disease-specific activity is calculated, for example, by calculating the difference between successive trigger points. Trigger points are points such as maximum values, minimum values, branch points and zero-pass points. This analysis is preferably performed within a moving time window. An average of a number of time differences is generated. This average value improves the stability. Alternatively, the frequency may be estimated by spectral evaluation methods known to those skilled in the art and other frequency evaluations such as by Fourier transforms. In contrast, the device of the present invention comprises means for evaluating activity within a frequency range specific to the disease, such as spectral evaluation methods, Fourier analysis and / or wavelet analysis, in a special embodiment. This is performed, for example, by means of performing frequency analysis. For example, spectral energy within the frequency range inherent in the disease can be calculated within the moving window. Instead, the amplitude within the frequency inherent in the disease is determined by calculating the maximum value of the bandpass filtered signal after bandpass filtering or by calculating the average of the values of the bandpass filtered signal and It may be calculated by / or Hilbert transform and / or by wavelet transform. For this purpose, the device according to the invention comprises, for example, means for band-pass filtering the amplitude and means for calculating the maximum value of the band-pass filtered signal and / or means for calculating the average value of the band-pass filtered signal and / or Means for performing Hilbert transform and / or Hilbert transform and / or wavelet analysis.

要求制御される刺激印加では、例えば同じ刺激が常に使用される。刺激周期Tは、好ましくは第7.2.1章中に記されているようにデカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群の瞬間周波数に適合される。異常な特徴が存在する場合、瞬間周波数に適合された刺激周期Tを有する刺激が印加される。同様に、時間遅延が第7.2.2章にしたがって適合され得、及び/又は、刺激の強度が好ましくは一定に保持される。しかしながら強度パラメータは、第7.2.3章のような刺激効果にしたがって変更されてもよい。   In a demand-controlled stimulus application, for example, the same stimulus is always used. The stimulation period T is preferably adapted to the instantaneous frequency of the group of neurons to be decoupled and / or the group of active neurons as described in section 7.2.1. If abnormal features are present, a stimulus having a stimulus period T adapted to the instantaneous frequency is applied. Similarly, the time delay can be adapted according to section 7.2.2 and / or the intensity of the stimulus is preferably kept constant. However, the intensity parameter may be changed according to the stimulating effect as in chapter 7.2.3.

6.3.1 要求の確認
少なくとも2つの理由から、異常な特徴の出現と病気に固有の症状の出現との間には一義的な関係がない。一方では、測定すべきニューロン活動が生成されるデカップリングすべき領域及び/又は活動している領域に対して、センサ3が離れている場合、病気に固有の周波数領域内の振幅が変化する。他方では、病気に固有の特徴の特定の出現、すなわち病気に固有の周波数領域内の律動活動の出現が、病気に固有の症状に一義的に関係しない。病気に固有の律動は、さらに一般的に単純な線形な動特性の規則にしたがわない脳内の複雑なニューロンネットワークに作用するので、病気に固有の律動と症状の出現との間には一義的な関係がない。例えば病気に固有の律動が、生体力学的に設けられている手足の固有周波数に十分に一致しない場合、病気に固有の律動によって引き起こされた振戦は、病気に固有の律動が共振して生体力学的に設けられている手足の固有周波数に一致する時よりも明らかに小さい。
6.3.1 Confirmation of requirements For at least two reasons, there is no unambiguous relationship between the appearance of abnormal features and the appearance of symptoms specific to the disease. On the one hand, if the sensor 3 is far away from the region to be decoupled and / or the region where the neuronal activity to be measured is generated, the amplitude in the frequency region specific to the disease changes. On the other hand, the specific appearance of disease-specific features, ie the appearance of rhythmic activity in the frequency domain specific to the disease, is not uniquely related to the disease-specific symptoms. Disease-specific rhythms more generally act on complex neuronal networks in the brain that do not follow simple linear dynamic rules, so there is a distinction between disease-specific rhythms and the appearance of symptoms. There is no relationship. For example, if the rhythm inherent to the disease does not sufficiently match the natural frequency of the limbs provided for biomechanics, the tremor caused by the rhythm inherent to the disease will resonate with the rhythm inherent to the disease and biomechanics It is clearly smaller than when it corresponds to the natural frequency of the limb that is provided.

測定されるニューロン活動の例えば基本周波数及び振幅のような特性は、当業者に既知の範囲内にある。センサ3によって測定されるニューロン活動の病気に固有の特徴の出現の値は、閾値と呼ばれる。この閾値を超えた場合、一般に症状、例えば振戦が生じる。この閾値は、第6.3章中に記された要求制御される刺激印加の実施形に対して選択される必要があるパラメータである。それ故に本発明の装置は、制御装置4の形態の閾値を検出する手段から構成される。要求制御される刺激印加の本発明の方法によって、本発明の効果は、閾値の選択に決定的に依存せずに、大きい許容誤差が閾値の選択に関して与えられている利点が得られる。この許容誤差は、例えば病気に固有の特徴の最大の場合の50%の範囲内にある。閾値の選択は、手術中に又は好ましくは手術後の初日にセンサ3を通じてニューロン活動を測定することによって、病気に固有の特徴の出現を測定し、症状の出現を例えば震えの強さと比較して決定される。   Characteristics of the measured neuronal activity, such as fundamental frequency and amplitude, are within a range known to those skilled in the art. The value of the appearance of a characteristic characteristic of the neuronal activity disease measured by the sensor 3 is called the threshold value. If this threshold is exceeded, symptoms typically occur, such as tremor. This threshold is a parameter that needs to be selected for the demand-controlled stimulus application implementation described in Section 6.3. The device according to the invention is therefore constituted by means for detecting a threshold value in the form of the control device 4. The inventive method of demand-controlled stimulus application provides the advantage that the effect of the invention is not critically dependent on the selection of the threshold, but that a large tolerance is given for the selection of the threshold. This tolerance is, for example, in the range of 50% of the maximum case of disease-specific features. The selection of the threshold is measured by measuring neuronal activity through the sensor 3 during surgery or preferably on the first day after surgery, by measuring the emergence of disease-specific features and comparing the occurrence of symptoms with eg tremor intensity. It is determined.

要求制御される刺激印加の好適な実施形では、典型的な値、例えば閾値の患者で測定される閾値の集団の平均値が、閾値として挙げられる。好適な実施形では、閾値の選択が、ほぼ規則的な間隔で、例えば半年の間にチェックされる。   In a preferred implementation of demand-controlled stimulation, the threshold value is a typical value, for example the average value of a threshold population measured in a threshold patient. In a preferred implementation, the threshold selection is checked at approximately regular intervals, for example during half a year.

第6.1章及び第6.2章中に記された要求制御される刺激強度で持続して繰り返す刺激の実施形では、閾値の検出は不要である。   In the stimulus implementations described in Sections 6.1 and 6.2, which are continuously repeated at the required controlled stimulus intensity, no threshold detection is required.

上述した3つの刺激方法は、好ましくは第7.2章中に記された刺激パラメータを適合するための方法をいろいろに組み合わせて使用され得る。   The three stimulation methods described above can preferably be used in various combinations of the methods for adapting the stimulation parameters noted in chapter 7.2.

全ての3つの刺激方法は、一般に本発明にしたがって固有に自律制御する要求制御を有する。測定されるニューロン活動に対する刺激信号の直接の依存性は、第5章中に記されている自律制御する要求制御を引き起こす。その結果、デカップリングすべきニューロン群内へのエネルギー入力が最小になる。この自律制御する要求制御は、第6.3章中に記されている追加の要求制御の実現及び第7章中に記されているような校正及び制御に関係なく作用する。   All three stimulation methods generally have demand control that is inherently autonomous in accordance with the present invention. The direct dependence of the stimulus signal on the measured neuronal activity causes the demanding control to be autonomously controlled as described in Chapter 5. As a result, the energy input into the group of neurons to be decoupled is minimized. This requirement control for autonomous control works regardless of the realization of the additional requirement control described in Chapter 6.3 and the calibration and control as described in Chapter 7.

7 パラメータの校正及び適合
以下では、電極2が、デカップリングすべきニューロン群内にあるものとする。電極がデカップリングすべきニューロン群の外側にある場合は、この章の終わりで別に考察する。校正及び適合は、本発明の装置の以下のパラメータに対して実施され得る。例えば:その逆数が刺激周期に相当する刺激信号の周波数,刺激信号の時間遅延及び刺激の強度。
7 Calibration and adaptation of parameters In the following, it is assumed that the electrode 2 is in the group of neurons to be decoupled. If the electrodes are outside the group of neurons to be decoupled, they are considered separately at the end of this chapter. Calibration and adaptation can be performed on the following parameters of the apparatus of the present invention. For example: the frequency of the stimulus signal whose inverse is equivalent to the stimulus cycle, the time delay of the stimulus signal, and the intensity of the stimulus.

7.1 刺激の開始時の刺激パラメータ
7.1.1 周波数,刺激周期
装置の事前の操作なしでの周波数の選択:異常なニューロン活動の周波数範囲は、それぞれの病気のパターンに対して当業者に既知である(Elble R.J. and Koller W.C. (1990) :Tremor, John Hopkins University Press, Baltimore) 。平均値が、この周波数領域から得られる。この代わりに、年齢及び性別に関連して予測される周波数の値を使用してもよい。
7.1 Stimulation parameters at the start of stimulation 7.1.1 Frequency, stimulation cycle Frequency selection without prior operation of the device: The frequency range of abnormal neuronal activity is determined by the person skilled in the art for each disease pattern (Elble RJ and Koller WC (1990): Tremor, John Hopkins University Press, Baltimore). An average value is obtained from this frequency domain. Alternatively, predicted frequency values related to age and gender may be used.

本発明の装置を良好に作動させるためには、最初にプリセットされた周波数をデカップリングすべきニューロン群の活動又は活動しているニューロン群の活動の実際に存在する周波数に一致させることは不要である。第7.2.1章に記されている刺激周期Tの制御は、正しい周波数から大きくずれている初期値が使用される時でも機能する。「大きくずれている」は、値が少なくとも係数10だけ非常に大きくてもよいし又は非常に小さくてもよいことを意味する。この代わりに、したがって、一般に病気及び当業者に既知の周波数領域内にある周波数値で好ましく開始することも可能である。刺激の開始に対する周波数の値は、好ましくはそれぞれの患者に対して個々に適合することによっても得られる。このことは、第6.3章中に記されているように、例えば刺激を提供するニューロン活動を測定することによって及びデカップリングすべき及び/又は活動しているニューロン群の基本周波数を評価することによって実現され得る。   In order for the device of the invention to work well, it is not necessary to match the initially preset frequency to the actual frequency of activity of the neuron group to be decoupled or of the active neuron group. is there. The control of the stimulation period T described in Chapter 7.2.1 works even when initial values are used that deviate significantly from the correct frequency. “Large deviation” means that the value may be very large by at least a factor of 10 or very small. Alternatively, it is therefore possible to preferably start with a frequency value that is generally in the frequency range known to the illness and the person skilled in the art. The frequency value for the onset of stimulation is also preferably obtained by tailoring individually for each patient. This evaluates the fundamental frequency of the group of neurons to be decoupled and / or active, for example by measuring neuronal activity providing stimuli and as described in chapter 6.3 Can be realized.

装置の事前の操作による周波数の選択:周波数に対する開始値は、装置の上述した操作の間の周波数の平均値に選択される。双方の場合、すなわち上述した装置の操作がある場合及びない場合では、刺激周期Tは、周波数の開始値の逆数として計算される。   Selection of the frequency by prior operation of the device: The starting value for the frequency is selected to be the average value of the frequency during the aforementioned operation of the device. In both cases, i.e. with and without operation of the device described above, the stimulation period T is calculated as the reciprocal of the starting value of the frequency.

7.1.2 時間遅延
刺激信号の時間遅延は、好ましくは刺激周波数又は刺激周期Tを最初に算定した後に算定される。時間遅延は、好ましくは刺激周期Tの分数、例えばT/2として選択される。好ましくは、刺激周期Tの分数の倍数に相当し、刺激周期Tを場合によっては超える時間遅延が選択され得る。第7.2.2章中に記されている時間遅延の適合は、第7.2.2章中に記されている時間遅延の適合は、上述した場合でも機能する。この場合、フィードバック刺激信号の遅延時間のうちの少なくとも幾つかが、異なり及び/又は刺激周期Tを超える。刺激が、これらの時間遅延から生成される。
7.1.2 Time Delay The time delay of the stimulation signal is preferably calculated after the initial calculation of the stimulation frequency or stimulation period T. The time delay is preferably selected as a fraction of the stimulation period T, for example T / 2. Preferably, a time delay may be selected that corresponds to a fraction of the stimulation period T and possibly exceeds the stimulation period T. The time delay adaptation described in section 7.2.2 will work even if the time delay adaptation described in section 7.2.2 is described above. In this case, at least some of the delay times of the feedback stimulation signals are different and / or exceed the stimulation period T. Stimuli are generated from these time delays.

7.1.3 強度
刺激の強度(例えば、フィードバック刺激信号の振幅)を決める刺激パラメータの開始値は、当業者に既知の実験値(例えば、最大振幅10V)にしたがって決定される。第7.2.3章に記されている強度の制御は、最適な強度値から大きくずれている初期値が使用される場合でも機能する。「大きくずれている」は、値が少なくとも係数10だけ非常に大きいか(好ましくは、最大振幅10V)又は非常に小さいことを意味する。この代わりに、好ましくは、当業者に既知の 範囲内にある強度値で開始することも可能である。刺激の副作用を可能な限り低減するため、特に小さい強度値、例えば0.5 Vの最大振幅で刺激を開始することが好ましい。より強い刺激信号を使用することが必要である場合、強度は、第7.2.3章中に記されているように小さいステップで増大され得る。
7.1.3 Intensity The starting value of the stimulation parameter that determines the intensity of the stimulation (eg, the amplitude of the feedback stimulation signal) is determined according to experimental values known to those skilled in the art (eg, maximum amplitude 10V). The intensity control described in Chapter 7.2.3 works even when initial values are used that deviate significantly from the optimum intensity values. “Large deviation” means that the value is very large by at least a factor of 10 (preferably a maximum amplitude of 10V) or very small. Alternatively, it is also possible to start with an intensity value that is preferably in a range known to the person skilled in the art. In order to reduce the side effects of stimulation as much as possible, it is preferable to start the stimulation with a particularly small intensity value, for example a maximum amplitude of 0.5 V. If it is necessary to use a stronger stimulus signal, the intensity can be increased in small steps as noted in chapter 7.2.3.

したがって、周波数及び強度に対する開始値は、プリセットされ得、特に時間のかかる校正なしに決定される。   Thus, the starting values for frequency and intensity can be preset and are determined without particularly time consuming calibration.

7.2 刺激パラメータの適合
7.2.1 刺激周期Tの適合
ニューロン活動が、デカップリングすべき及び/又は活動している領域及び/又はこの領域に機能的に近くにつながっている領域内で測定される。このニューロン活動は、処理後に刺激信号として使用される。例えばパーキンソン病の場合、センサ3によるデカップリングすべき及び/又は活動している領域内の直接の測定に加えて、後続する領域、例えば前運動野内の活動も脳波センサによって測定される。支配的な平均周期が、以下で説明する長さの時間窓内で算定される。このため、異なるアルゴリズムが使用され得る。例えば刺激周期Tが、デカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群の瞬間周期に対して適合され得る。例えば瞬間周期は、測定されたニューロン活動の連続する2つの最大値間の時間の差として算定され得る。例えば、ニューロン活動の平均周波数が、最初に評価され、そして刺激周期Tが平均周波数の逆数として算定され得る。病気に固有の活動だけが、センサ3によって測定されない場合、この種類の周波数評価に対しては、病気に固有の活動は、病気に固有の周波数領域を帯域濾波することによって最初に取り出す必要がある。この代わりに、例えば周波数は、第6.3章中に記された周波数の評価によって算定され得る。この周波数の評価に使用される時間窓は、上の値に開口可能な長さを有し、例えば異常な活動の例えば10000 周期、特に1000周期、特に好ましくは100 周期、又はその他の任意の値に相当する。
7.2 Adaptation of stimulation parameters 7.2.1 Adaptation of stimulation period T In areas where neuronal activity is to be decoupled and / or is active and / or functionally connected to this area Measured. This neuronal activity is used as a stimulus signal after processing. For example, in the case of Parkinson's disease, in addition to direct measurements in the area to be decoupled and / or active by the sensor 3, activity in subsequent areas, for example in the premotor area, is also measured by the electroencephalogram sensor. The dominant average period is calculated within the length of the time window described below. For this reason, different algorithms can be used. For example, the stimulation period T can be adapted to the instantaneous period of the group of neurons to be decoupled and / or the group of active neurons. For example, the instantaneous period can be calculated as the time difference between two consecutive maximum values of measured neuronal activity. For example, the average frequency of neuronal activity can be evaluated first and the stimulation period T can be calculated as the reciprocal of the average frequency. If only disease-specific activity is not measured by sensor 3, for this type of frequency assessment, disease-specific activity must first be extracted by bandpass filtering the frequency domain specific to the disease. . Alternatively, for example, the frequency can be calculated by frequency evaluation as described in Chapter 6.3. The time window used for the evaluation of this frequency has a length that can be opened to the above values, for example 10000 periods of abnormal activity, in particular 1000 periods, particularly preferably 100 periods, or any other value It corresponds to.

7.2.2 時間遅延の適合
第3.4章及び第7.1.2章中に記されているように、刺激信号の時間遅延は、好ましくは刺激周期Tの分数として選択される。時間遅延は、刺激の間に例えば固定され得るか又は好ましくは第7.2.1章にしたがって適合された刺激周期に適合され得る。最適なデカップリング及び/又は非同期を僅かな結果として生じる刺激の影響によって実現できるようにするため、刺激信号の時間遅延が、好ましくは刺激の間に決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって変更される。このため、本発明の装置は、制御装置4の形態の手段を有する。この制御装置4は、刺激信号の時間遅延を刺激の間に変更することを可能にする。さらに時間遅延は、例えば刺激周期内だけではなくて、多数の周期の範囲内でも変更され得る。この場合、刺激信号は、数周期早い時点に測定されたニューロン活動に相当する。
7.2.2 Time Delay Adaptation As noted in chapters 3.4 and 7.1.2, the time delay of the stimulation signal is preferably selected as a fraction of the stimulation period T. The time delay can be fixed, for example, during stimulation, or preferably can be adapted to a stimulation cycle adapted according to chapter 7.2.1. The time delay of the stimulus signal is preferably deterministic and / or probabilistic during the stimulus so that optimal decoupling and / or asynchrony can be achieved by the effect of the slight resulting stimulus It is changed by an algorithm and / or an algorithm that combines a deterministic algorithm and a stochastic algorithm. For this purpose, the device according to the invention has means in the form of a control device 4. This control device 4 makes it possible to change the time delay of the stimulation signal during stimulation. Furthermore, the time delay can be varied not only within the stimulation period, for example, but also within a number of periods. In this case, the stimulus signal corresponds to the neuronal activity measured at a point earlier by several cycles.

7.2.3 強度の適合
デカップリングすべき及び/又は活動しているニューロン群の活動を表すニューロン群が、センサ3によって測定される。このニューロン活動は、信号を処理し及び/又は制御する装置4に転送される。この信号を処理し及び/又は制御する装置4は、第6章にしたがって持続する又は繰り返す又は要求制御される刺激を実施する。それぞれの時点に印加される刺激の強度が、ニューロン活動内の異常な特徴の出現に依存する。このため、刺激の強度が好ましく適合され得る。この実施形では、装置が制御システムを有する。この制御システムが、刺激の強度を制御するために第3.3章にしたがって測定信号の振幅を変更するように、この制御システムはプログラミングされている。刺激の強度と異常な特徴の出現との間の関係は、刺激結果に応じて手動又は自動に制御され得る。自由に選択可能な好ましくは一定の長さであって、それぞれの刺激の前の一定の時間間隔内で終了する時間窓では、異常な特徴の出現が、以下の方法で検出される:
a)専ら又は主にデカップリングすべき及び/又は活動している活動が、センサ3によって測定される場合、振幅が、デカップリングすべきニューロン群の同期の出現に相当する。したがってこの振幅は、異常な特徴を表す。この場合、振幅は、信号の最大値を算定することによって又は信号の値の平均値によって又は帯域通過濾波によって及び/又はヒルベルト変換及び/又はウェーブレット分析によって評価され得る。ヒルベルト変換及び/又はウェーブレット分析による振幅の計算は、明らかにより高い計算経費を意味し、これらの計算の精度が、アルゴリズム的なパラメータの正しい選択に依存するので、最初の2つの方法(信号の最大値の算定又は信号の値の平均値の算定)が特に好ましく使用される。
7.2.3 Intensity adaptation The neuron group representing the activity of the neuron group to be decoupled and / or active is measured by the sensor 3. This neuronal activity is transferred to a device 4 that processes and / or controls the signal. The device 4 for processing and / or controlling this signal implements a stimulus that is sustained or repeated or demand-controlled according to Chapter 6. The intensity of the stimulus applied at each time point depends on the appearance of abnormal features within the neuronal activity. For this reason, the intensity of the stimulus can be preferably adapted. In this embodiment, the device has a control system. The control system is programmed so that the control system changes the amplitude of the measurement signal according to chapter 3.3 to control the intensity of the stimulus. The relationship between the intensity of the stimulus and the appearance of abnormal features can be controlled manually or automatically depending on the stimulus result. In a time window that is freely selectable, preferably of a certain length and ends within a certain time interval before each stimulus, the appearance of abnormal features is detected in the following way:
a) If the activity to be exclusively or mainly decoupled and / or active is measured by the sensor 3, the amplitude corresponds to the appearance of synchronization of the group of neurons to be decoupled. This amplitude thus represents an abnormal feature. In this case, the amplitude may be evaluated by calculating the maximum value of the signal or by the average value of the signal or by band-pass filtering and / or by Hilbert transform and / or wavelet analysis. Calculation of amplitudes by Hilbert transform and / or wavelet analysis clearly represents a higher computational cost, and the accuracy of these calculations depends on the correct choice of algorithmic parameters, so the first two methods (maximum signal The calculation of the value or the average value of the signal values) is particularly preferably used.

b)病気に固有の活動に加えて、例えば別のニューロン群からの病気に固有でない活動もさらに測定される場合、ニューロン活動が、異常な特徴の出現に対して直接使用され得ない。病気に固有の活動は、一般に病気に固有でない活動の周波数と異なる周波数領域内で生じるので、この場合、好ましくは活動の評価が、病気に固有の周波数領域内で実施される。このことは、例えば周波数分析によって実現される。例えば、病気に固有の周波数領域内のスペクトルエネルギーが算定され得る。この代わりに、振幅が、帯域通過濾波後に帯域通過濾波された信号の最大値を算定することによって又は信号の値の平均値を算定することによって及び/又はヒルベルト変換によって及び/又はウェーブレット分析によって決定され得る。   b) In addition to disease-specific activity, neuronal activity cannot be used directly for the appearance of abnormal features, eg when non-disease-specific activity from another group of neurons is also measured. Since the disease specific activity generally occurs in a frequency range that is different from the frequency of the non-disease activity, the activity assessment is preferably carried out in this case in the frequency range specific to the disease. This is realized, for example, by frequency analysis. For example, the spectral energy in the frequency domain specific to the disease can be calculated. Instead, the amplitude is determined by calculating the maximum value of the bandpass filtered signal after bandpass filtering or by calculating the mean value of the signal values and / or by Hilbert transform and / or by wavelet analysis. Can be done.

希望する効果が得られない場合、すなわちデカップリングすべきニューロン群が、十分な程度にデカップリングされない、したがってニューロン活動の異常な特徴が、閾値の下に移動しない場合、刺激の最大強度が、安全性の理由から一定にプリセットされている最大値、例えば5Vまで緩やかに(例えば、50周期当たり0.5 Vのステップで)上昇する。これに対して本発明の装置は、制御システムを有する。この制御システムは、ニューロン活動の変化を認識し、ニューロン活動の変換の消失時に刺激信号を上の値に適合する。刺激の効果がまだ存在する限り、この装置は、刺激の問題のない約20周期後に刺激の最大強度を下方向に緩やかに(例えば、50周期当たり0.5 Vのステップで)制御する。刺激の効果は、上述したように算出される。制御システムが、ニューロン活動の変化及び刺激の効果を認識するように、この制御システムはプログラミングされている。デカップリングすべきニューロン群が十分にデカップリングされ非同期にされるように、最大刺激強度が、好ましくはニューロン活動の10と1000との間の時間スケールで制御される。上述した刺激強度の値に関係なく、デカップリングすべきニューロン群に対して結果として生じる刺激の影響の振幅が、第5章中に記されている本発明の装置の刺激メカニズムの特性に起因して問題のないデカップリング後に自動的に最小になる。   If the desired effect is not achieved, i.e. the group of neurons to be decoupled is not sufficiently decoupled, and therefore the abnormal characteristics of neuronal activity do not move below the threshold, the maximum intensity of stimulation is safe. For a reason, it is gradually increased to a preset maximum value, for example, 5 V (for example, in a step of 0.5 V per 50 cycles). In contrast, the device of the present invention has a control system. This control system recognizes changes in neuronal activity and adapts the stimulus signal to the above values upon loss of conversion of neuronal activity. As long as the effect of the stimulus still exists, the device gently controls the maximum intensity of the stimulus downward (eg, in steps of 0.5 V per 50 cycles) after about 20 cycles without the problem of stimulation. The effect of stimulation is calculated as described above. The control system is programmed so that it recognizes changes in neuronal activity and the effects of stimulation. The maximum stimulus intensity is preferably controlled on a time scale between 10 and 1000 of neuronal activity so that the group of neurons to be decoupled is fully decoupled and desynchronized. Regardless of the value of the stimulus intensity described above, the amplitude of the resulting stimulus effect on the group of neurons to be decoupled is attributed to the characteristics of the stimulus mechanism of the device of the present invention described in Chapter 5. Automatically after decoupling without problems.

7.3 電極がデカップリングすべきニューロン群内に存在しない場合の刺激パラメータ
デカップリングすべきニューロン群2内に設置されていない電極2の説明した場合のように、デカップリングすべきニューロン群が、第4.1章中に記されているように間接刺激によって影響される。間接刺激の場合では、一方の刺激された目標ニューロン群と他方のデカップリングすべきニューロン群との間の伝達時間が、各場合で異なる大きさになりうるので、デカップリング刺激が実施される前に、それぞれの伝達時間が最初に測定される。このため、刺激が刺激電極2を通じて印加され、この刺激に対する応答が、デカップリングすべきニューロン群内に設置されたセンサ3を通じて測定される。このことは、L回実施される。この場合、Lは、一般に例えば200 までの小さい整数である。平均伝達時間が、これから特に以下の方法で評価される:
電極2を通じた刺激の印加の開始とこの刺激に対する応答の最初の最大値又はこの刺激τ(k) に対する応答の値の最初の最大値との間の期間が、個々の刺激印加に対して算定される。τ(k) の指数kは、k番目に印加される刺激を示す。これから、刺激の開始と刺激の応答との間の平均期間が、刺激電極2に対して別々に算定される。刺激は、以下の式1にしたがって刺激電極2を通じて間接に印加される。
7.3 Stimulus parameters when the electrode is not in the neuron group to be decoupled As described for the electrode 2 not installed in the neuron group 2 to be decoupled, the neuron group to be decoupled is Affected by indirect stimuli as described in section 4.1. In the case of indirect stimulation, the transmission time between one stimulated target neuron group and the other neuron group to be decoupled can be different in each case, so before the decoupling stimulation is performed. First, each transmission time is measured first. For this purpose, a stimulus is applied through the stimulation electrode 2 and the response to this stimulation is measured through a sensor 3 installed in the group of neurons to be decoupled. This is done L times. In this case, L is generally a small integer up to 200, for example. The average transmission time is now evaluated in particular in the following way:
The period between the start of the application of the stimulus through the electrode 2 and the first maximum value of the response to this stimulus or the value of the response to this stimulus τ (k) is calculated for each stimulus application Is done. The index k of τ (k) indicates the kth applied stimulus. From this, the average period between the start of the stimulus and the response of the stimulus is calculated separately for the stimulation electrode 2. Stimulation is applied indirectly through the stimulation electrode 2 according to Equation 1 below.

Figure 2008500074
Figure 2008500074

この場合、Lは、刺激電極2を通じて印加される刺激の数である。   In this case, L is the number of stimuli applied through the stimulation electrode 2.

刺激のため、この方法で測定された伝達時間τの平均が、以下の方法で考慮される:
デカップリングすべきニューロン群を刺激電極2を通じて直接刺激する時に、刺激が、時間遅延tで印加された場合、刺激電極2を通じて間接刺激する時に、刺激が、時間遅延t−(τの平均値)で与えられる。この場合、tは、τの平均値より大きい必要がある。このことは、第7.2.2章にしたがって実現され得る。
For stimulation, the average of the transmission time τ measured in this way is considered in the following way:
When stimulating a group of neurons to be decoupled directly through the stimulation electrode 2, when the stimulation is applied with a time delay t, the stimulation is time delayed t- (mean value of τ) when indirectly stimulated through the stimulation electrode 2. Given in. In this case, t needs to be larger than the average value of τ. This can be achieved according to section 7.2.2.

刺激の開始時の刺激パラメータ及び刺激の間の刺激メカニズムは、伝達時間 (τの平均)の上述した考慮下で第7.1及び第7.2章中に記されているのと全く同様に決定される。   The stimulus parameters at the start of the stimulus and the stimulus mechanism between the stimuli are exactly the same as described in chapters 7.1 and 7.2 under the above considerations of transmission time (mean of τ) It is determined.

8 装置の例及び別の実施形
8.1 例
例えば以下の刺激が、電極を通じて出力され得る:
1.刺激が、電極を通じて印加される:この刺激が、2つの成分から成る:フィードバック刺激信号、すなわち処理されたニューロン活動。この場合、刺激信号は、時間的にT/2だけずれている。この場合、Tは、デカップリングすべきニューロン群の振動の平均周期である。時間遅延せずに処理されたニューロン活動が、この信号に加算される。一般に、この活動が、刺激を形成する、図2参照。
8 Device examples and other implementations
8.1 Examples The following stimuli can be output through the electrodes:
1. A stimulus is applied through the electrode: this stimulus consists of two components: a feedback stimulus signal, ie processed neuronal activity. In this case, the stimulus signals are shifted by T / 2 in time. In this case, T is the average period of oscillation of the group of neurons to be decoupled. The neuronal activity processed without time delay is added to this signal. In general, this activity forms a stimulus, see FIG.

2.信号が、電極を通じて印加される:この信号は、3つの成分から成る:処理され時間遅延しなかったニューロン活動が、二乗され、T/2だけ時間遅延し処理されたニューロン活動と乗算される。この場合、Tは、活動しているニューロン群の律動の周期である。 デカップリングすべきニューロン群に対する刺激の作用は、測定されるニューロン活動の振幅の減少として現れる、図2a及び3a。この場合、ニューロンの発火パターンが、図2b及び3b参照、異常な状態の発火パターンと明らかに異なる。この刺激の影響は、デカップリングすべきニューロン群の同期の程度でも現れる、図2c及び3c参照。このことは、デカップリングすべきニューロン群の生じる非同期の確認になる。この過程では、第5章中に記されている刺激信号の自律制御する要求制御に起因して、結果として生じる刺激の影響、すなわちカップリングと刺激との和の振幅が、自動的に低減され最小になる、図2d及び3d参照。さらに、ニューロンの固有の動特性の影響が、刺激の間に生じない。このことは、ニューロン群の固有周波数が図2e及び3e内で分散していることを確認する。固有周波数は、相互作用なしで刺激なしの状態でのニューロンの周波数と解される。このことは、デカップリングすべきニューロン群の最適なデカップリング及び非同期が本発明の刺激に起因して起こり、したがってニューロン群がその正常な機能状態に戻ることを確認する。このことは、病気に関連する症状の期待される相当な低減を可能にする。   2. A signal is applied through the electrodes: this signal consists of three components: the neuronal activity that has been processed and not time-delayed is squared and multiplied by the neuronal activity that has been time-delayed by T / 2 and processed. In this case, T is the rhythm cycle of the active neuron group. The effect of stimulation on the group of neurons to be decoupled appears as a decrease in the amplitude of the measured neuronal activity, FIGS. 2a and 3a. In this case, the firing pattern of the neuron is clearly different from the firing pattern of the abnormal state, see FIGS. 2b and 3b. The effect of this stimulus also appears in the degree of synchronization of the group of neurons to be decoupled, see FIGS. 2c and 3c. This is an asynchronous confirmation of the group of neurons to be decoupled. In this process, the resulting stimulus effect, ie, the combined amplitude of the stimulus and the stimulus, is automatically reduced due to the demand control for the autonomous control of the stimulus signal described in Chapter 5. See FIGS. 2d and 3d. Furthermore, the influence of the intrinsic dynamic properties of neurons does not occur during stimulation. This confirms that the natural frequencies of the neurons are dispersed in FIGS. 2e and 3e. The natural frequency is taken as the frequency of the neuron in the absence of interaction and no stimulation. This confirms that optimal decoupling and asynchrony of the neuron group to be decoupled occurs due to the stimulation of the present invention, and thus the neuron group returns to its normal functional state. This allows for the expected considerable reduction of disease related symptoms.

例えば、第6章中に記された刺激印加の3つの異なる制御メカニズムが、刺激に対して使用される。これによって、好ましくは要求制御及びエネルギーを節約し(副作用を回避する)穏やかな刺激が、第7章中に記されたように可能になる:
1.持続する刺激印加:刺激が、持続して、好ましくは刺激周期を適合させて印加される。デカップリングすべきニューロン群のデカップリング及び非同期が、刺激の印加の直後に起こる。このことは、測定されるニューロン活動の振幅を最小にする。同時に、デカップリングすべきニューロン群に対して結果として生じる影響の振幅が、第5章中に記された自律制御する要求制御のメカニズムに起因して最小になる。刺激がオフに切り替えられた後に、再同期が、短期間後にニューロン群間の異常な相互作用に起因して起こる。
For example, three different control mechanisms of stimulus application, as described in Chapter 6, are used for stimuli. This allows gentle stimulation, preferably as described in Chapter 7, which saves demand control and saves energy (avoids side effects):
1. Sustained stimulus application: Stimulation is applied continuously, preferably with a matched stimulation cycle. Decoupling and desynchronization of the neurons to be decoupled occurs immediately after the application of the stimulus. This minimizes the amplitude of the measured neuronal activity. At the same time, the resulting amplitude of influence on the group of neurons to be decoupled is minimized due to the autonomously demanding control mechanism described in Chapter 5. After the stimulus is switched off, resynchronization occurs after a short period due to an abnormal interaction between the neuron groups.

2.特に要求制御される刺激の強度による繰り返す刺激印加:刺激が繰り返し印加される。この過程では、刺激の強度が、ニューロン群の同期の強度に適合される:カップリング及び/又は同期が強いほど、適合された刺激は強い。   2. In particular, repeated stimulus application depending on the intensity of the stimulus to be controlled: The stimulus is repeatedly applied. In this process, the strength of the stimulus is adapted to the strength of synchronization of the neuron group: the stronger the coupling and / or synchronization, the stronger the adapted stimulus.

この実施形では、好ましくはτ/2が、T/2の代わりに時間遅延として選択され得る。この場合、Tは、刺激なしの律動の周期である。τは、刺激によって律動に強制された周期である。換言すれば:1/τは、刺激信号の周波数である。個々の信号が、この周波数で印加される。その結果、重要な刺激パラメータだけが、システムに入力される:この刺激パラメータを経費のかかる校正の範囲内で適切に決定する代わりに、この刺激パラメータは刺激によって決定される。さらにこの形態の要求制御される刺激の場合、影響された領域内のニューロンが、(異常に)周期的に発火又はバースト(アクションポテンシャルのバーストの律動の発生)する傾向にある状況が利用される。それ故に、デカップリングすべきニューロン群のニューロン活動の同調が、強制された周波数に関して実現され得る。   In this embodiment, preferably τ / 2 can be selected as a time delay instead of T / 2. In this case, T is the period of rhythm without stimulation. τ is a period forced to rhythm by a stimulus. In other words: 1 / τ is the frequency of the stimulus signal. Individual signals are applied at this frequency. As a result, only important stimulation parameters are input to the system: instead of properly determining this stimulation parameter within the scope of expensive calibration, this stimulation parameter is determined by the stimulation. Furthermore, for this form of demand-controlled stimulation, a situation is used in which neurons in the affected area tend to fire or burst (abnormally) (occurrence of a burst of action potential bursts). . Therefore, tuning of the neuronal activity of the group of neurons to be decoupled can be realized with respect to the forced frequency.

3.刺激の要求制御される刺激印加(すなわち、刺激の開示時間及び終了時間の要求制御される選択):神経細胞群の同期が、閾値を超えた場合、次の刺激が、第6.3章中に記されているように、電極を通じて出力される。   3. Stimulus demand controlled stimulus application (ie demand controlled selection of stimulus disclosure time and end time): If the synchronization of a neuron population exceeds a threshold, the next stimulus is in Chapter 6.3. Is output through the electrodes as described in.

例示的に上述した全ての3つの制御方法の場合、第5章中に記されている自律制御する要求制御が、デカップリングすべきニューロン群内へのエネルギー入力を最小にする。この過程では、非常に重要な刺激パラメータ,刺激周期T及び時間遅延が、デカップリングすべきニューロン群及び/又は活動しているニューロン群内の神経細胞群又はこの神経細胞群の近くでつながっている別の神経細胞群の周波数を測定することによって好ましく適合され得る。   For all three control methods exemplarily described above, the autonomous control request control described in Chapter 5 minimizes the energy input into the group of neurons to be decoupled. In this process, very important stimulation parameters, stimulation period T and time delay are connected in the vicinity of the neurons to be decoupled and / or the neurons in the active neurons or close to these neurons. It can be preferably adapted by measuring the frequency of another group of neurons.

例えば、複数の刺激接点が、電極の端部から異なる間隔に位置決めされていることによって、多数の刺激電極を1つの植え込むべき刺激電極に統合する可能性がある。このことは、できるだけ広いデカップリングすべき領域の刺激を実現することを可能にする。   For example, multiple stimulation contacts may be positioned at different distances from the ends of the electrodes, thereby integrating multiple stimulation electrodes into a single stimulation electrode to be implanted. This makes it possible to achieve stimulation of the area to be decoupled as wide as possible.

8.2 装置のその他の実施形
本発明の装置は、異常に同期するニューロン群を非同期にするためにも使用され得る。本発明の装置のこの実施形では、異常に同期するニューロン群、例えば非同期にすべき活動しているニューロングが、本発明のフィードバック刺激信号による刺激の手段によって非同期にされる。装置の上述した特性及びデカップリングすべきニューロン群をデカップリングする刺激方法は、刺激が非同期にすべきニューロング内で印加される変更によってこの装置のこの実施形に対しても使用される。
8.2 Other Embodiments of the Device The device of the present invention can also be used to asynchronously synchronize groups of neurons that are abnormally synchronized. In this embodiment of the device according to the invention, abnormally synchronized groups of neurons, for example active neurones to be made asynchronous, are made asynchronous by means of stimulation with the feedback stimulus signal according to the invention. The above mentioned characteristics of the device and the stimulation method for decoupling the group of neurons to be decoupled are also used for this embodiment of the device with the changes applied in the neuron where the stimulation is to be asynchronous.

非同期を試みようとする場合、このことは、第4.1章にしたがって刺激電極2を配置することによって実現され得る。同様に、センサ3の直接又は間接の配置が可能である。この場合、非同期にすべき領域のニューロン活動の検出が可能であるように、センサ3を配置する必要がある。この配置の詳細は、第4.2章中に記されている詳細に一致する。この場合、非同期にすべき活動が測定される。非同期にすべきニューロン群の異常に同期する活動が、第3章にしたがって直接及び/又は間接に測定され処理される。これによって、刺激に対する基準として使用される刺激信号が生成される。生成された刺激が、刺激電極によって非同期にすべき領域に印加される。その結果、非同期にすべきニューロン群が第3及び4.1章にしたがって直接又は間接に刺激され、活動しているニューロン群が本発明にしたがって非同期にされ、そして異常な症状が抑制される。活動したニューロン群に対する活動しているカップリングが、活動しているニューロン群の非同期に起因して、すなわち活動しているニューロン群の非同期によって自動的にデカップリングされた場合、活動したニューロン群の異常な活動が消滅する。刺激信号と非同期にすべきニューロン群のニューロン活動との関係に起因して、非同期にすべきニューロン群に対する刺激の結果として生じる影響の振幅、すなわちこの場合の刺激信号の振幅(第2章参照)が、第5章中に記されているように最小になる。   In the case of trying to be asynchronous, this can be achieved by placing the stimulation electrode 2 according to Chapter 4.1. Similarly, direct or indirect placement of the sensor 3 is possible. In this case, it is necessary to arrange the sensor 3 so that the neuron activity in the region to be asynchronous can be detected. The details of this arrangement are consistent with the details described in Chapter 4.2. In this case, the activity to be asynchronous is measured. The activity synchronized to the abnormalities of the group of neurons to be asynchronous is measured and processed directly and / or indirectly according to Chapter 3. This generates a stimulus signal that is used as a reference for the stimulus. The generated stimulus is applied to the region to be made asynchronous by the stimulation electrode. As a result, the group of neurons to be desynchronized is stimulated directly or indirectly according to chapters 3 and 4.1, the group of active neurons is desynchronized according to the present invention, and abnormal symptoms are suppressed. If the active coupling to an active neuron group is automatically decoupled due to the asynchronousness of the active neuron group, ie, the asynchronous of the active neuron group, Abnormal activity disappears. Due to the relationship between the stimulus signal and the neuronal activity of the neuron group to be asynchronous, the amplitude of the effect resulting from the stimulus to the neuron group to be asynchronous, ie the amplitude of the stimulus signal in this case (see Chapter 2) Is minimized as described in Chapter 5.

第4章にしたがって刺激の目的に適合された電極及びセンサの配置,第6章にしたがう刺激印加を制御する全ての3つの制御方法並びに第7章にしたがうパラメータの校正及び適合は、説明した本発明の装置の実施形に対しても使用され得る。   The arrangement of electrodes and sensors adapted to the purpose of stimulation according to Chapter 4, all three control methods for controlling the application of stimulation according to Chapter 6 and the calibration and adaptation of parameters according to Chapter 7 are described in the book It can also be used for embodiments of the inventive device.

この装置は、非同期で異常なニューロン群によって活動されているニューロン群をデカップリングするためにも使用され得る。さらにこの装置は、異常な活動によって活動され、デカップリングされた場合はそれ自体が正常に同期する活動を有するニューロン群をデカップリングするため使用され得る。この場合、電極及びセンサの配置は、第4章中に記されている配置に等しい。ニューロン活動の検出及び処理も、第3章にしたがって実施される。   This device can also be used to decouple a group of neurons that are active by an asynchronous, abnormal group of neurons. Furthermore, the device can be used to decouple a group of neurons that are activated by abnormal activity and, when decoupled, have activity that normally synchronizes itself. In this case, the arrangement of electrodes and sensors is equal to the arrangement described in Chapter 4. Detection and processing of neuronal activity is also performed according to Chapter 3.

さらにこの装置は、正常な領域のカップリングを除去又は抑制するために使用され得る。このことは、例えばニューロン群の相互作用の試験で使用され得る。この場合、ニューロン活動の検出及び処理並びに電極及びセンサの配置は、第3及び4章にしたがって実現される。   In addition, the device can be used to remove or suppress normal area coupling. This can be used, for example, in testing neuronal group interactions. In this case, the detection and processing of neuronal activity and the arrangement of electrodes and sensors are realized according to Chapters 3 and 4.

冒頭で説明したように、両側性の刺激が、異常な活動をデカップリングするために必要である場合、刺激は、2つの別々の装置によって又はこの目的ために設計された、複数の信号を少なくとも2つの刺激電極に転送する本発明の1つの装置によって好ましくは両側性に印加される。   As explained at the outset, if bilateral stimulation is necessary to decouple abnormal activity, the stimulation will at least produce a plurality of signals designed by two separate devices or for this purpose. Preferably applied bilaterally by one device of the present invention that transfers to two stimulation electrodes.

9 利点
本発明の装置は、既存の装置、例えばドイツ連邦共和国特許出願第103 18 071.0-33 号明細書「脳のニューロン活動を非同期にする装置」と比べて多くの利点を有する:
1.本発明の装置の主な利点は、生理学的な刺激、すなわちフィードバック刺激信号、つまりデカップリングすべきニューロン群及び/又は非同期にすべきニューロン群の測定され処理されるニューロン活動が刺激に対して使用される点である。その結果、第5章中に記されている刺激信号の自律制御する要求制御が実施される。この要求制御は、デカップリングすべきニューロン群及び/又は非同期にすべきニューロン群内へのエネルギー入力を最小にし、副作用を僅かにする。
9 Advantages The device of the present invention has many advantages over existing devices, for example, German Patent Application No. 103 18 071.0-33 “Device for Asynchronizing Brain Neuronal Activity”:
1. The main advantage of the device according to the invention is that a physiological stimulus, ie a feedback stimulus signal, ie the measured and processed neuronal activity of the group of neurons to be decoupled and / or the group of neurons to be asynchronous is used for the stimulus. It is a point to be done. As a result, the request control for autonomously controlling the stimulus signal described in Chapter 5 is performed. This demand control minimizes the energy input into the group of neurons to be decoupled and / or the group of neurons to be asynchronous and has few side effects.

2.エネルギーを節約する信号が、要求制御される刺激信号に起因して刺激に対して使用され、かつ、エネルギーの節約が、刺激制御に必要な本発明の制御装置で期待され得るので、本発明の装置は、第5章にしたがう自律制御する刺激信号に起因してエネルギーを節約して動作する。その結果、患者を疲れさせる必要なバッテリー交換の間隔がより長くできる。   2. Since energy-saving signals are used for stimuli due to demand-controlled stimulus signals, and energy savings can be expected with the control device of the invention required for stimulus control, The device operates with energy savings due to the autonomously controlled stimulus signal according to Chapter 5. As a result, the required battery replacement interval that tires the patient can be made longer.

3.この方法では閾値を検出する必要がないので、要求制御される刺激の強度による繰り返す又は持続する印加の実施形は特に効果的である。その結果、この実施形は、より簡単なアルゴリズムの手段によって実行され得る。したがって、これらのアルゴリズムのソフトウェア又はハードウェアは、全く複雑でない。   3. Since there is no need to detect a threshold in this method, a repetitive or sustained application implementation with a controlled stimulus intensity is particularly effective. As a result, this embodiment can be implemented by means of simpler algorithms. Therefore, the software or hardware of these algorithms is not complicated at all.

4.要求制御される刺激の強度及びデカップリングすべき又は非同期にすべきニューロン活動の直接の刺激による持続し繰り返す刺激の場合、校正が不要である。すなわち、刺激パラメータがシステム的に変更される一連のテスト刺激を実施する必要がない。このことは、校正の期間を短縮する。   4). For persistent and repetitive stimuli due to the direct stimulation of the intensity of the required controlled stimulus and the neuronal activity to be decoupled or desynchronized, no calibration is necessary. That is, there is no need to perform a series of test stimuli in which the stimulus parameters are systematically changed. This shortens the calibration period.

5.強度,刺激周期及び時間遅延のようなパラメータの評価と比較して、本発明の装置の一般的な許容誤差及び丈夫さが、全体的に大きな利点である。   5. Compared to the evaluation of parameters such as intensity, stimulation period and time delay, the general tolerances and robustness of the device of the present invention are a major advantage overall.

6.手術の複雑さ、したがって手術の間の複雑さが、電極を1つだけ使用することによって患者に対して相当低減される。その結果、本発明の装置は、より優しい刺激印加を提供する。   6). The complexity of the surgery, and therefore the complexity during the surgery, is significantly reduced for the patient by using only one electrode. As a result, the device of the present invention provides a gentler stimulus application.

7.デカップリングすべき領域は、好ましくは脳の表面の近く、例えば運動野内に設置されているので、刺激すべき領域に対するアクセスが、より容易に、リスクなしに、例えば刺激電極を深く植え込むことなしに実現される。   7. The area to be decoupled is preferably located close to the surface of the brain, for example in the motor cortex, so that access to the area to be stimulated is easier, without risk, for example without deep implantation of the stimulation electrode Realized.

8.装置は、正常な活動をデカップリングするためにも使用され得、したがって脳内のニューロン群の相互作用を試験するための新規で重要な可能性を提供する。   8). The device can also be used to decouple normal activity, thus providing a new and important possibility for testing the interaction of groups of neurons in the brain.

時間がかかる校正がないこと及びより強い周波数の変動時の作用の安定性が、−特に刺激印加(持続する刺激、第6.1章参照)を制御する方法1で−重要な結果を有する:
1.刺激結果が、手術中でも電極を交換する間に迅速にチェックされ得る。その結果、適切な目標地点の発見が明らかに改善され得る。従来の要求制御される方法は、1つの電極当たり30分以上続く校正を必要とする。この校正は、(麻酔をかけない)手術中に実施できず、患者にとって非常に負担である。
The lack of time-consuming calibration and the stability of the action during stronger frequency fluctuations-especially in Method 1 for controlling the stimulation application (sustained stimulation, see Chapter 6.1)-have important consequences:
1. Stimulation results can be checked quickly even during surgery while changing electrodes. As a result, finding a suitable target point can be clearly improved. Conventional demand-controlled methods require calibration that lasts more than 30 minutes per electrode. This calibration cannot be performed during surgery (without anesthesia) and is very burdensome for the patient.

2.新規の刺激方法が、神経又は精神の病気でも使用され得る。この病気では、異常な律動が、大きく変動する周波数を有する。特に、これらの方法は、断続的(すなわち、短い周期)に起こる律動をデカップリングするためにも使用され得る。その結果、これらの刺激方法は、より多くの病気で、特に癲癇の場合でも使用され得る。   2. Novel stimulation methods can also be used in neurological or mental illnesses. In this disease, the abnormal rhythm has a frequency that varies greatly. In particular, these methods can also be used to decouple rhythms that occur intermittently (ie, short periods). As a result, these stimulation methods can be used with more diseases, especially in the case of epilepsy.

本発明の装置を使用すれば、以下の病気又は症状が、適切な脳領域をデカップリングする新規な方法によって治療され得る。   Using the device of the present invention, the following diseases or conditions can be treated by a novel method of decoupling the appropriate brain region.

全ての神経又は精神の病気:例えばパーキンソン病,本態性震顫,失調症,強迫神経症,多発性硬化症での震え,発作の結果の震え又はその他の腫瘍状の組織、例えば視床及び/又は大脳基底核の領域内の傷害の結果の震え,舞踏アテトーゼ及び癲癇では、ニューロンの異常な同期が、病気に固有の症状の出現に関係する。この病気の列挙は、限定するものではない。   Any neurological or mental illness: eg Parkinson's disease, essential tremor, ataxia, obsessive compulsive disorder, tremor in multiple sclerosis, tremor resulting from seizures or other tumorous tissue, eg thalamus and / or cerebrum In tremors, dance athetosis and epilepsy resulting from injury in the basal ganglia region, abnormal neuronal synchronization is associated with the appearance of disease-specific symptoms. This list of diseases is not limiting.

高周波持続刺激の現在使用される標準的な方法では、以下の目標領域が使用される。例えば:
パーキンソン病の場合は視床下核、又は震えが主なパーキンソン病の場合は視床、例えば視床中間腹側核。
The standard method currently used for high frequency sustained stimulation uses the following target areas: For example:
The hypothalamic nucleus in the case of Parkinson's disease, or the thalamus in the case of Parkinson's disease where tremor is predominant, for example, the thalamic mid ventral nucleus

本態性震顫の場合は視床、例えば視床中間腹側核。   In the case of essential tremor, the thalamus, for example the thalamic mid ventral nucleus.

失調症及び舞踏アテトーゼの場合は淡蒼球内節。癲癇の場合は淡蒼球,小脳,視床のコア領域、例えば視床中間腹側核又は尾状核。   In the case of schizophrenia and choreoathetosis, the inner section of the dansyu. In the case of hemorrhoids, the pallidum bulb, cerebellum, thalamic core region, such as the thalamic mid ventral nucleus or caudate nucleus.

強迫神経症の場合は内包又は即座核。   In the case of obsessive-compulsive disorder, encapsulated or immediate nucleus

本発明の装置では、例えばそれぞれの病気に対して上で挙げた目標領域及び/又はこれらの領域につながっている領域が選択され得る。本発明の装置の場合、校正が不要であるか又は校正が非常に迅速に実施され得るので、電極の植え込み中に本発明の装置のデカップリング及び/又は非同期作用がさらに向上する別の目標領域を試験することが可能である。   In the device of the present invention, for example, the target areas listed above for each disease and / or areas connected to these areas can be selected. In the case of the device according to the invention, no further calibration is necessary or the calibration can be performed very quickly, so that another target area in which the decoupling and / or asynchronous action of the device according to the invention is further improved during electrode implantation. Can be tested.

本発明は、同様に本発明の装置の与えられている機能を制御する制御システム並びに装置の使用及び病気であるパーキンソン病,本態性震顫,失調症,強迫神経症,舞踏アテトーゼ,多発性硬化症での震え,発作の結果の震え又はその他の腫瘍状の組織、例えば視床及び/又は大脳基底核の領域内の傷害の結果の震え,及び癲癇を治療する制御システムを含む。   The present invention also relates to a control system for controlling the given functions of the device of the present invention and the use of the device and diseases such as Parkinson's disease, essential tremor, ataxia, obsessive compulsive disorder, butoh athetosis, multiple sclerosis Control systems to treat tremors, tremors resulting from seizures, or other tumorous tissues, such as tremors resulting from injury within the thalamus and / or basal ganglia region, and epilepsy.

本発明の装置は、上述した神経及び精神の病気を持続して治療するための植え込み及び手術中の目標地点の診断、すなわち手術中の電極の植え込みに対して最適な目標地点の発見に使用され得る。   The device of the present invention is used for implantation and diagnosis of a target point during surgery for the continuous treatment of the above-mentioned neurological and mental illnesses, that is, for finding an optimal target point for implantation of an electrode during surgery. obtain.

本発明の装置を示す。1 shows an apparatus of the present invention. 第8.1章の例1中に記されているような刺激による刺激のデカップリング作用を示す。8 shows the decoupling effect of a stimulus by a stimulus as described in Example 1 of Chapter 8.1. 第8.1章の例2中に記されているような刺激による刺激のデカップリング作用を示す。8 shows the decoupling effect of a stimulus by a stimulus as described in Example 2 of Chapter 8.1. 活動している異常に同期するニューロン群1と活動されているデカップリングすべきニューロン群2との間のカップリングの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the coupling between a neuron group 1 synchronized with an active abnormality and a neuron group 2 to be decoupled that is active.

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁増幅器
2 電極
3 センサ
4 制御装置
5 光学送信機
6 光ファイバ
7 光学受信機
8 刺激装置
9 リレー
10 導線
11 テレメトリー送信機
12 テレメトリー受信機
13 データを表示し処理し記憶する手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation amplifier 2 Electrode 3 Sensor 4 Control apparatus 5 Optical transmitter 6 Optical fiber 7 Optical receiver 8 Stimulator 9 Relay 10 Conductor 11 Telemetry transmitter 12 Telemetry receiver 13 Means for displaying, processing and storing data

Claims (82)

脳のニューロン活動をデカップリング及び/又は非同期にする装置において、この装置は、
−デカップリングすべきニューロン群及び/又は非同期にすべきニューロン群の活動の経時変化を再生する、少なくとも1つの信号を測定する少なくとも1つのセンサ(3)を有し、
−1つの電極(2)を有し、及び
−制御システム(4)を有し、この制御システム(4)は、センサ(3)の測定信号を受信し、これらの信号から刺激信号及び刺激を生成し、そしてこれらの刺激信号及び刺激を電極(2)に出力することを特徴とする装置。
In a device that decouples and / or desynchronizes brain neuronal activity, the device comprises:
-Having at least one sensor (3) measuring at least one signal that reproduces the time course of the activity of the neurons to be decoupled and / or to be asynchronous;
-With one electrode (2) and-with a control system (4), which receives the measurement signals of the sensor (3) and derives stimulation signals and stimuli from these signals A device characterized in that it generates and outputs these stimulus signals and stimuli to the electrode (2).
制御システム(4)は、デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の活動の経時変化を直接に及び/又はセンサ(3)を通じて間接に測定することを特徴とする請求項1に記載の装置。   2. The control system according to claim 1, wherein the control system measures the time course of the activity of the neurons to be decoupled and / or asynchronously directly and / or indirectly through a sensor. Equipment. 制御システム(4)は、センサ(3)のうちの少なくとも1つのセンサ(3)を通じてデカップリングすべき及び/又は非同期にすべき領域によって影響される筋肉群の活動の経時変化を測定し及び/又はカップリングすべき及び/又は非同期にすべき領域に関連するニューロン群のニューロン活動の経時変化を測定することを特徴とする請求項2に記載の装置。   The control system (4) measures the time course of the activity of the muscle groups affected by the region to be decoupled and / or desynchronized through at least one sensor (3) of the sensors (3) and / or 3. A device according to claim 2, characterized in that it measures the time course of neuronal activity of a group of neurons associated with a region to be coupled and / or to be asynchronous. 制御システム(4)は、活動の経時変化を持続して測定することを特徴とする請求項2又は3に記載の装置。   Device according to claim 2 or 3, characterized in that the control system (4) continuously measures the change in activity over time. 制御システム(4)は、活動の経時変化を時間を限定した測定間隔で測定することを特徴とする請求項2又は4に記載の装置。   Device according to claim 2 or 4, characterized in that the control system (4) measures changes in activity over time at measurement intervals with a limited time. 制御システム(4)は、制限された測定間隔の期間及び/又は間隔を決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって制御することを特徴とする請求項5に記載の装置。   The control system (4) is a deterministic algorithm and / or a stochastic algorithm and / or an algorithm that combines a deterministic algorithm and a stochastic algorithm for a limited measurement interval and / or interval. The apparatus according to claim 5, wherein the apparatus is controlled by: この制御システム(4)は、測定信号を記憶することを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の装置。   7. The device according to claim 2, wherein the control system (4) stores measurement signals. 制御システム(4)は、測定信号を処理することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置。   8. The device according to claim 1, wherein the control system (4) processes the measurement signal. 測定信号(4)は、処理された測定信号から刺激信号を生成することを特徴とする請求項8に記載の装置。   9. The device according to claim 8, wherein the measurement signal (4) generates a stimulation signal from the processed measurement signal. 制御システム(4)は、測定信号に対して時間遅延した刺激信号を生成することによってこれらの測定信号を処理することを特徴とする請求項8又は9に記載の装置。   10. Device according to claim 8 or 9, characterized in that the control system (4) processes these measurement signals by generating stimulus signals which are time-delayed with respect to the measurement signals. 制御システム(4)は、時間遅延が測定信号の周期の分数又は分数の倍数に相当する刺激信号を生成することを特徴とする請求項10に記載の装置。   11. The device according to claim 10, characterized in that the control system (4) generates a stimulation signal whose time delay corresponds to a fraction or a multiple of a fraction of the period of the measurement signal. 制御システム(4)は、少なくとも一部が異なる時間遅延を有する刺激信号を生成することを特徴とする請求項10又は11に記載の装置。   12. Device according to claim 10 or 11, characterized in that the control system (4) generates stimulation signals having at least some different time delays. 制御システム(4)は、測定信号を濾波することによってこれらの測定信号を処理することを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載の装置。   Device according to any one of claims 8 to 12, characterized in that the control system (4) processes these measurement signals by filtering the measurement signals. 制御システム(4)は、周波数分析及び/又は帯域通過濾波及び/又はウェーブレット分析及び/又はヒルベルト変換及び/又は測定信号に対する時間スケールでの濾波を実施することによって測定信号を処理することを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の装置。   The control system (4) is characterized in that the measurement signal is processed by performing frequency analysis and / or band-pass filtering and / or wavelet analysis and / or Hilbert transform and / or filtering on the measurement signal on a time scale. The apparatus according to any one of claims 8 to 13. 制御システム(4)は、測定信号を線形及び/又は非線形に結合及び/又は変換することによって測定信号を処理することを特徴とする請求項8〜14のいずれか1項に記載の装置。   15. The device according to claim 8, wherein the control system (4) processes the measurement signal by coupling and / or transforming the measurement signal linearly and / or non-linearly. 制御システム(4)は、測定信号を線形及び/又は非線形に結合及び/又は変換することによって測定信号を処理し、この場合、この制御システム(4)は、測定信号を互いに及び/又はそれ自体を特に乗算、除算、加算及び/又は減算し、及び/又は測定信号をその他の非線形な関数によって変換し、及び/又は絶対値を作ることを特徴とする請求項15に記載の装置。   The control system (4) processes the measurement signals by combining and / or transforming the measurement signals linearly and / or non-linearly, in which case the control system (4) is able to combine the measurement signals with each other and / or by itself. 16. The device according to claim 15, characterized in that in particular multiply, divide, add and / or subtract and / or transform the measured signal by other non-linear functions and / or produce absolute values. 制御システム(4)は、測定信号を増幅することによってこれらの測定信号を処理することを特徴とする請求項8〜16のいずれか1項に記載の装置。   17. The device according to any one of claims 8 to 16, characterized in that the control system (4) processes these measurement signals by amplifying the measurement signals. 制御システム(4)は、測定信号の極性を変更することによってこれらの測定信号を処理することを特徴とする請求項8〜17のいずれか1項に記載の装置。   Device according to any one of claims 8 to 17, characterized in that the control system (4) processes these measurement signals by changing the polarity of the measurement signals. 制御システム(4)は、測定信号の時間符号化によってこれらの信号を処理することを特徴とする請求項8〜18のいずれか1項に記載の装置。   Device according to any one of claims 8 to 18, characterized in that the control system (4) processes these signals by time-coding the measurement signals. 制御システム(4)は、測定信号をパルス列として符号化することを特徴とする請求項19に記載の装置。   Device according to claim 19, characterized in that the control system (4) encodes the measurement signal as a pulse train. 制御システム(4)は、測定信号を低い又は高い周波数のパルス列として符号化することを特徴とする請求項20に記載の装置。   21. The apparatus according to claim 20, wherein the control system (4) encodes the measurement signal as a low or high frequency pulse train. 制御システム(4)は、同じ処理ステップで生成される刺激信号を生成することによってこれらの測定信号を処理することを特徴とする請求項8〜21のいずれか1項に記載の装置。   Device according to any one of claims 8 to 21, characterized in that the control system (4) processes these measurement signals by generating stimulation signals generated in the same processing step. 制御システム(4)は、異なる処理ステップで少なくとも2つの刺激信号を生成することを特徴とする請求項8〜21のいずれか1項に記載の装置。   Device according to any one of claims 8 to 21, characterized in that the control system (4) generates at least two stimulation signals in different processing steps. 制御システム(4)は、決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって処理ステップ及び/又はこれらの処理ステップのパラメータを変更することを特徴とする請求項8〜23のいずれか1項に記載の装置。   The control system (4) is a deterministic algorithm and / or a stochastic algorithm and / or an algorithm that combines a deterministic algorithm and a stochastic algorithm, and / or parameters of these processing steps. The device according to claim 8, wherein the device is changed. 制御システム(4)は、刺激信号の最大振幅を制限することを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載の装置。   25. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the control system (4) limits the maximum amplitude of the stimulation signal. 制御システム(4)は、電極(2)を刺激によって作動させることを特徴とする請求項1〜25のいずれか1項に記載の装置。   26. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the control system (4) activates the electrode (2) by stimulation. 制御システム(4)は、刺激を刺激信号から生成することを特徴とする請求項26に記載の装置。   27. Device according to claim 26, characterized in that the control system (4) generates a stimulus from a stimulus signal. 制御システム(4)は、測定信号を互いに及び/又はそれ自体を乗算、除算、加算及び/又は減算し、及び/又は測定信号をその他の非線形な関数によって変換し、及び/又は絶対値を作って、刺激を生成することを特徴とする請求項26又は27に記載の装置。   The control system (4) multiplies, divides, adds and / or subtracts the measurement signals with each other and / or itself and / or transforms the measurement signals by other non-linear functions and / or produces absolute values. 28. The device according to claim 26 or 27, wherein the device generates a stimulus. 制御システム(4)は、総荷電入力がほぼ零である刺激を生成することを特徴とする請求項26〜28のいずれか1項に記載の装置。   29. Apparatus according to any one of claims 26 to 28, wherein the control system (4) generates a stimulus whose total charge input is approximately zero. 制御システム(4)は、刺激の印加を制御することを特徴とする請求項26〜29のいずれか1項に記載の装置。   30. Device according to any one of claims 26 to 29, characterized in that the control system (4) controls the application of stimuli. 制御システム(4)は、刺激を持続して印加することを特徴とする請求項30に記載の装置。   Device according to claim 30, characterized in that the control system (4) applies the stimulus continuously. 制御システム(4)は、刺激を繰り返して印加することを特徴とする請求項30に記載の装置。   Device according to claim 30, characterized in that the control system (4) applies the stimulus repeatedly. 御システム(4)は、時間的に制限された刺激間隔で刺激を印加する請求項32に記載の装置。   33. The device according to claim 32, wherein the control system (4) applies stimuli at time-limited stimulation intervals. 制御システム(4)は、決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって刺激間隔の期間及び/又は期間を制御することを特徴とする請求項33に記載の装置。   The control system (4) controls the period and / or period of the stimulation interval by a deterministic algorithm and / or a stochastic algorithm and / or an algorithm that combines a deterministic algorithm and a stochastic algorithm. 34. The apparatus of claim 33. 制御システム(4)は、追加の要求制御を有することを特徴とする請求項1〜34のいずれか1項に記載の装置。   35. The device according to any one of claims 1 to 34, characterized in that the control system (4) has additional demand control. 制御システム(4)は、要求制御に対して測定信号及び/又は刺激信号を使用することを特徴とする請求項35に記載の装置。   36. Device according to claim 35, characterized in that the control system (4) uses measurement signals and / or stimulation signals for demand control. 制御システム(4)は、測定信号及び/又は刺激信号中の異常な特徴を検出することを特徴とする請求項35又は36に記載の装置。   37. Device according to claim 35 or 36, characterized in that the control system (4) detects abnormal features in the measurement signal and / or the stimulation signal. 制御システム(4)は、要求制御に対して測定信号及び/又は刺激信号の振幅を使用することを特徴とする請求項35〜37のいずれか1項に記載の装置。   38. Apparatus according to any one of claims 35 to 37, wherein the control system (4) uses the amplitude of the measurement signal and / or the stimulation signal for the required control. 制御システム(4)は、信号自体を使用することによって及び/又は信号の絶対値を使用することによって及び/又は病気に固有の周波数領域内で帯域通過濾波された信号を使用することによって及び/又は病気に固有の周波数領域内で帯域通過濾波された信号の絶対値を使用することによって及び/又はヒルベルト変換及び/又はウェーブレット分析で算定された瞬間振幅を使用することによって、測定信号及び/又は刺激信号の振幅を評価することを特徴とする請求項35〜38のいずれか1項に記載の装置。   The control system (4) may use the signal itself and / or by using the absolute value of the signal and / or by using a band-pass filtered signal in the frequency domain specific to the disease and / or Or the measured signal and / or by using the absolute value of the bandpass filtered signal in the frequency domain inherent in the disease and / or by using the instantaneous amplitude calculated by the Hilbert transform and / or wavelet analysis 39. Apparatus according to any one of claims 35 to 38, characterized in that the amplitude of the stimulation signal is evaluated. 制御システム(4)は、測定及び/又は刺激中に異常な特徴を検出した時に刺激を印加することを特徴とする請求項35〜39のいずれか1項に記載の装置。   40. Apparatus according to any one of claims 35 to 39, wherein the control system (4) applies a stimulus when an abnormal feature is detected during measurement and / or stimulation. 制御システム(4)は、測定信号及び/又は刺激信号の振幅の閾値を超えたことを検出することによって異常な特徴を検出することを特徴とする請求項35〜40のいずれか1項に記載の装置。   41. The control system according to claim 35, characterized in that the control system (4) detects an abnormal feature by detecting that the amplitude threshold of the measurement signal and / or the stimulation signal has been exceeded. Equipment. 制御システム(4)は、病気に固有の周波数領域内で帯域通過濾波された測定信号、及び/又は刺激信号の振幅の閾値を超えたことを検出することによって異常な特徴を検出することを特徴とする請求項35〜41のいずれか1項に記載の装置。   The control system (4) is characterized by detecting anomalous features by detecting that the amplitude threshold of the measurement signal and / or the stimulation signal that has been bandpass filtered in the frequency domain inherent in the disease is exceeded. 42. The apparatus according to any one of claims 35 to 41. 制御システム(4)は、異常な特徴を検出するために測定信号及び/又は刺激信号の振幅を移動する時間窓内の閾値と比較することを特徴とする請求項35〜42のいずれか1項に記載の装置。   43. The control system according to claim 35, characterized in that the control system (4) compares the amplitude of the measurement signal and / or the stimulation signal with a threshold in a moving time window in order to detect abnormal features. The device described in 1. 制御システム(4)は、電極(2)を同じ刺激で作動させることを特徴とする請求項26〜43のいずれか1項に記載の装置。   44. Device according to any one of claims 26 to 43, characterized in that the control system (4) actuates the electrodes (2) with the same stimulus. 制御システム(4)は、電極(2)をを異なる刺激で作動させることを特徴とする請求項26〜43のいずれか1項に記載の装置。   44. Device according to any one of claims 26 to 43, characterized in that the control system (4) actuates the electrodes (2) with different stimuli. 制御システム(4)は、異なる刺激を生成し、これらの異なる刺激は、異なる刺激信号から及び/又は異なる変換によって及び/又は刺激信号の結合によって生成されることを特徴とする請求項45に記載の装置。   46. The control system (4) generates different stimuli, wherein these different stimuli are generated from different stimulus signals and / or by different transformations and / or by combination of stimulus signals. Equipment. 制御システム(4)は、決定論的なアルゴリズム及び/又は確率論的なアルゴリズム及び/又は決定論的なアルゴリズムと確率理論的なアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムによって刺激信号の順序及び/又は種類及び/又はエネルギー入力及び/又はパラメータを特に算定し変更することを特徴とする請求項45〜46のいずれか1項に記載の装置。   The control system (4) is a deterministic algorithm and / or a stochastic algorithm and / or an algorithm that combines a deterministic algorithm and a stochastic algorithm. 47. Apparatus according to any one of claims 45 to 46, characterized in that the energy input and / or parameters are specifically calculated and changed. 制御システム(4)は、刺激信号のパラメータを変更することを特徴とする請求項1〜47のいずれか1項に記載の装置。   48. Apparatus according to any one of claims 1 to 47, characterized in that the control system (4) changes the parameters of the stimulation signal. 制御システム(4)は、刺激周期Tをデカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の瞬間周期に適合させることによって刺激信号のパラメータを変更することを特徴とする請求項48に記載の装置。   49. The control system according to claim 48, characterized in that the control system (4) changes the parameters of the stimulation signal by adapting the stimulation period T to the instantaneous period of the group of neurons to be decoupled and / or made asynchronous. apparatus. 制御システム(4)は、トリガー点の時間差を評価することによって又は周波数評価装置によって瞬間周期を算定することを特徴とする請求項49に記載の装置。   50. Device according to claim 49, characterized in that the control system (4) calculates the instantaneous period by evaluating the time difference of the trigger points or by a frequency evaluation device. 制御システムは、刺激周期Tをデカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の平均周期に適合させることによって刺激信号のパラメータを変更することを特徴とする請求項48〜50のいずれか1項に記載の装置。   51. The control system of claim 48, further comprising changing the parameters of the stimulation signal by adapting the stimulation period T to the average period of the group of neurons to be decoupled and / or made asynchronous. The device according to item. 制御システム(4)は、刺激信号の時間遅延を刺激周期Tに適合させることによって刺激信号のパラメータを変更することを特徴とする請求項48〜51のいずれか1項に記載の装置。   52. Apparatus according to any one of claims 48 to 51, characterized in that the control system (4) changes the parameters of the stimulation signal by adapting the time delay of the stimulation signal to the stimulation period T. 制御システム(4)は、刺激強度を適合することによって刺激信号のパラメータを変更することを特徴とする請求項48〜52のいずれか1項に記載の装置。   53. Apparatus according to any one of claims 48 to 52, characterized in that the control system (4) changes the parameters of the stimulation signal by adapting the stimulation intensity. この制御システム(4)は、適切なデカップリング及び/又は非同期が生じるようにニューロン活動の10と1000との間の刺激強度で刺激強度を制御することを特徴とする請求項53に記載の装置。   54. Device according to claim 53, characterized in that the control system (4) controls the stimulation intensity with a stimulation intensity between 10 and 1000 of neuronal activity so that proper decoupling and / or asynchrony occurs. . 制御システム(4)は、刺激強度を制御するために測定信号の振幅を変更することを特徴とする請求項53又は54に記載の装置。   55. Device according to claim 53 or 54, characterized in that the control system (4) changes the amplitude of the measurement signal in order to control the stimulation intensity. 刺激強度と異常な特徴の出現との間の関係が、刺激結果に応じて手動で調整され得るか及び/又は自動的に制御されるように、この制御システム(4)はプログラミングされていることを特徴とする請求項48〜55のいずれか1項に記載の装置。   The control system (4) is programmed so that the relationship between the stimulus intensity and the appearance of abnormal features can be adjusted manually and / or automatically depending on the stimulus result 56. Apparatus according to any one of claims 48 to 55. 制御システム(4)は、追加の手動の要求制御を有することを特徴とする請求項1〜56のいずれか1項に記載の装置。   57. Apparatus according to any one of claims 1 to 56, characterized in that the control system (4) has an additional manual demand control. 制御システム(4)は、測定間隔と刺激間隔とを重ねて又は同時に又は時間的に別々に編成することを特徴とする請求項1〜57のいずれか1項に記載の装置。   58. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the control system (4) organizes the measurement intervals and the stimulation intervals either overlapping or simultaneously or separately in time. 制御システム(4)は、デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群を直接に又は電極(2)を通じて間接に刺激することを特徴とする請求項1〜58のいずれか1項に記載の装置。   59. Control system (4) according to any one of claims 1 to 58, characterized in that the group of neurons to be decoupled and / or asynchronous is stimulated directly or indirectly through electrodes (2). Equipment. 制御システムは、電極(2)を通じて神経繊維束を介してデカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群につながっているニューロン群を刺激し及び/又はデカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群につながっている神経繊維束を刺激することを特徴とする請求項59に記載の装置。   The control system stimulates and / or decouples and / or desynchronizes the neurons connected to the neurons to be decoupled and / or desynchronized via the nerve fiber bundle through the electrode (2) 60. The apparatus of claim 59, wherein the apparatus stimulates nerve fiber bundles connected to a group of power neurons. 制御システム(4)は、電極(2)の刺激位置とこの電極(2)によって刺激されるニューロン群の位置との間の伝達時間の差を検出することを特徴とする請求項1〜60のいずれか1項に記載の装置。   Control system (4) detects the difference in transmission time between the stimulation position of an electrode (2) and the position of a group of neurons stimulated by this electrode (2) The apparatus of any one of Claims. 制御システム(4)は、刺激信号の時間遅延を計算する時に及び/又は測定信号を処理する時に関連した伝達時間も計算することを特徴とする請求項1〜61のいずれか1項に記載の装置。   62. Control system (4) according to any one of claims 1 to 61, characterized in that it also calculates the associated transmission time when calculating the time delay of the stimulation signal and / or when processing the measurement signal. apparatus. 電極(2)が、少なくとも1つのセンサ(3)に構造的に結合されていることを特徴とする請求項1〜62のいずれか1項に記載の装置。   63. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrode (2) is structurally coupled to at least one sensor (3). 電気絶縁が、制御システム(4)と電極(2)との間に存在することを特徴とする請求項1〜63のいずれか1項に記載の装置。   64. Device according to any one of claims 1 to 63, characterized in that electrical insulation exists between the control system (4) and the electrode (2). 装置が、測定信号及び/又は刺激信号を表示し処理し、テレメトリー送信機 (11)及びテレメトリー受信機(12)を通じてデータを記憶する手段に接続されていることを特徴とする請求項1〜64のいずれか1項に記載の装置。   The device is connected to means for displaying and processing measurement signals and / or stimulation signals and storing data through a telemetry transmitter (11) and a telemetry receiver (12). The apparatus of any one of these. 装置は、テレメトリー送信機(11)及びテレメトリー受信機(12)を通じて追加の参照データベースに接続されていることを特徴とする請求項1〜65のいずれか1項に記載の装置。   66. Device according to any one of claims 1 to 65, characterized in that the device is connected to an additional reference database through a telemetry transmitter (11) and a telemetry receiver (12). 制御システムが、請求項1〜66のいずれか1項に記載の装置の操作を実施するステップを制御するように、この制御システムはプログラミングされていることを特徴とする制御システム。   67. A control system, wherein the control system is programmed such that the control system controls the steps of performing the operation of the apparatus according to any one of claims 1-66. ニューロン群の異常に相関した発火に起因した及び/又は関連した病気を治療する請求項1〜66のいずれか1項に記載の装置の使用。   67. Use of a device according to any one of claims 1 to 66 for treating diseases caused by and / or associated with firing correlated with abnormalities in a group of neurons. パーキンソン病,本態性震顫,失調症,強迫神経症,鬱病及び癲癇を治療するための請求項68に記載の装置の使用。   69. Use of the device of claim 68 for treating Parkinson's disease, essential tremor, ataxia, obsessive compulsive disorder, depression and epilepsy. ニューロン群の異常に相関した発火に起因した及び/又は関連した病気を治療するための請求項13に記載の制御システムの使用。   14. Use of the control system according to claim 13 for treating diseases caused by and / or associated with firing correlated to abnormalities in a group of neurons. パーキンソン病,本態性震顫,失調症,強迫神経症,鬱病及び癲癇を治療するための請求項70に記載の制御システムの使用。   71. Use of the control system of claim 70 for treating Parkinson's disease, essential tremor, ataxia, obsessive compulsive disorder, depression and epilepsy. ニューロン群の異常に相関した発火に起因した及び/又は関連した病気を治療する方法において、病気のパターンの出現に関連するニューロン活動又は生理学的な特徴の信号が測定され、この場合、これらの信号は、特に処理ステップ後に1つの電極を通じて病気のパターンを起動する脳領域及び/又はこれらの脳領域の近くにつながっている脳領域に対して電気刺激として印加されることを特徴とする方法。   In a method of treating a disease resulting from and / or associated with firing correlated with an abnormality of a neuron population, signals of neuronal activity or physiological characteristics associated with the appearance of a disease pattern are measured, in which case these signals Are applied as electrical stimuli, particularly to brain regions that activate a disease pattern and / or brain regions connected in the vicinity of these brain regions through one electrode after a processing step. 病気であるパーキンソン病,本態性震顫,失調症,強迫神経症,鬱病及び癲癇を治療する請求項16に記載の方法において、病気のパターンの出現に関連するニューロン活動又は生理学的な特徴の信号が測定され、電気刺激信号が、これらの信号から生成され、これらの電気刺激信号は、電極を通じて病気のパターンを起動する脳領域及び/又はこれらの脳領域の近くにつながっている脳領域に対して印加されることを特徴とする方法。   17. The method of claim 16 for treating the diseases Parkinson's disease, essential tremor, ataxia, obsessive compulsive disorder, depression and epilepsy, wherein the neuronal activity or physiological characteristic signal associated with the appearance of the disease pattern is Measured and electrical stimulation signals are generated from these signals, and these electrical stimulation signals are directed to brain regions that trigger disease patterns through electrodes and / or brain regions that are close to these brain regions. A method characterized by being applied. 刺激信号は、時間遅延して印加されることを特徴とする請求項72又は73に記載の方法。   74. A method according to claim 72 or 73, wherein the stimulation signal is applied with a time delay. 刺激信号は、測定信号の刺激周期Tの分数又は分数の倍数である時間遅延で印加されることを特徴とする請求項72〜74のいずれか1項に記載の装置。   75. Apparatus according to any one of claims 72 to 74, wherein the stimulation signal is applied with a time delay that is a fraction or a multiple of a fraction of the stimulation period T of the measurement signal. デカップリングすべき及び/又は非同期にすべきニューロン群の活動の変化が直接に測定されることを特徴とする請求項72〜75のいずれか1項に記載の装置。   76. Device according to any one of claims 72 to 75, characterized in that the change in activity of the group of neurons to be decoupled and / or made asynchronous is measured directly. ニューロン活動の経時変化が、間接に測定されることを特徴とする請求項72〜76のいずれか1項に記載の装置。   77. Apparatus according to any one of claims 72 to 76, wherein the time course of neuronal activity is measured indirectly. 刺激信号は、持続して、周期的に又は要求制御下で印加されることを特徴とする請求項72〜77のいずれか1項に記載の装置。
6又は17に記載の方法。
78. Apparatus according to any one of claims 72 to 77, wherein the stimulation signal is applied continuously, periodically or under required control.
The method according to 6 or 17.
刺激信号が、請求項51〜58に記載の特徴として適合されることを特徴とする請求項72〜78のいずれか1項に記載の装置。   79. Apparatus according to any one of claims 72 to 78, characterized in that the stimulation signal is adapted as a feature according to claims 51-58. 請求項1〜66のいずれか1項に記載の装置の使用又は刺激のための目標点を発見する請求項67に記載の制御システム。   68. A control system according to claim 67 for finding a target point for use or stimulation of the device of any one of claims 1-66. 別のニューロン群からデカップリングすべきニューロン群をデカップリングする方法において、デカップリングすべきニューロン群が、刺激されることを特徴とする方法。   A method for decoupling a group of neurons to be decoupled from another group of neurons, wherein the group of neurons to be decoupled is stimulated. 刺激は、電気的に印加されることを特徴とする請求項81に記載の方法。   82. The method of claim 81, wherein the stimulus is applied electrically.
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